从操作系统层面理解Linux下的网络IO模型，一篇抵十篇

一、引言

在Linux操作系统中，网络IO模型是明白网络编程的关键。网络IO模型涉及到数据在网络中的传输做法、系统怎样处理这些数据以及应用程序怎样与网络进行交互。本文将从操作系统层面深入探讨Linux下的网络IO模型，以期帮助读者全面明白这一重要概念。

二、Linux下的网络IO模型概述

Linux下的网络IO模型重点分为以下几种：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、异步IO和AIO（Asynchronous I/O）。以下是这些模型的简要介绍：

1. **阻塞IO**：在这种模型中，当应用程序发起一个IO请求时，它将一直等待直到IO操作完成。这期间，应用程序的执行将被阻塞。

2. **非阻塞IO**：非阻塞IO与阻塞IO类似，但应用程序在发起IO请求后不会等待IO操作完成，而是立即返回。应用程序需要定期检查IO操作是否完成。

3. **IO多路复用**：IO多路复用允许单个线程同时处理多个IO操作。这种模型适用于处理大量并发连接的场景。

4. **异步IO**：异步IO允许应用程序发起一个IO请求后立即继续执行其他任务，而不必等待IO操作完成。操作系统会在IO操作完成时通知应用程序。

5. **AIO（Asynchronous I/O）**：AIO是Linux 2.6版本引入的一种新的异步IO模型，它提供了对POSIX AIO接口的拥护。

三、阻塞IO模型

阻塞IO是Linux网络IO模型中最基本的模型。以下是阻塞IO的基本流程：

1. 应用程序调用socket()函数创建一个socket。

2. 调用connect()函数连接到远程服务器。

3. 调用send()函数发送数据。

4. 调用recv()函数接收数据。

5. 当recv()函数返回时，数据已经接收完成。

以下是使用C语言实现的阻塞IO示例代码：

c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main() {

int sockfd;

struct sockaddr_in servaddr;

// 创建socket

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {

perror("socket");

exit(1);

}

// 设置服务器地址结构

memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_port = htons(8080);

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

// 连接到服务器

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {

perror("connect");

exit(1);

}

// 发送数据

char sendline[] = "GET / HTTP/1.0\r \r ";

if (send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) {

perror("send");

exit(1);

}

// 接收数据

char recvline[1024];

while (read(sockfd, recvline, sizeof(recvline)) > 0) {

printf("%s", recvline);

}

// 关闭socket

close(sockfd);

return 0;

}

四、非阻塞IO模型

非阻塞IO是阻塞IO的一种改进，它允许应用程序在IO操作未完成时继续执行其他任务。以下是使用C语言实现的非阻塞IO示例代码：

c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main() {

int sockfd;

struct sockaddr_in servaddr;

// 创建socket

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {

perror("socket");

exit(1);

}

// 设置socket为非阻塞模式

int flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);

fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

// 设置服务器地址结构

memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_port = htons(8080);

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

// 连接到服务器

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {

// 非阻塞模式下，如果连接挫败，将返回EINPROGRESS

if (errno != EINPROGRESS) {

perror("connect");

exit(1);

}

}

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