python_day11_IO模型

标签：io

范式： 一种写代码的方式 ，这里程序的执行是由外部事件来决定的。它的特点是包含一个事件循环，当外部事件发生时使用回调机制来触发相应的处理。

触发事件发送到队列，然后提取事件任务，发送到执行任务函数

当CPU指令集为 0的时候对应的是内核态(拥有硬件,软件所有权限)， 1为用户态

用户态： 用户所运行的程序， 

内核态： 操作系统

进程阻塞：正在执行的进程，由于期待的事件未发生，如请求系统资源失败，等待某种操作的完成，则由系统自动执行阻塞，使进程进入阻塞状态， 进程阻塞是不占用CPU资源的

缓存I/O : 标准IO操作数据流向路径：数据——流缓存区——内核缓存区——磁盘

数据--> 用户态 --> 内核态 --> 对端 内核态 --> 用户态 --> 对应应用程序 --> 数据

IO模型

阻塞

非阻塞

IO多路复用

异步IO

1、阻塞IO   全程阻塞  缺点：CPU不能做其它事情  优点： 数据同步

例： 比如以socket为例，当服务启动之后，accept发起一个系统调用，由用户态到内核态，操作系统(内核态)一直等待数据(程序阻塞)，当启动client端连接到s端，内核态接收到数据，数据从内核态复制到用户态，最后返回给conn

缺点： 阻塞跟同步类似，都是你发我收， 我发你收 ，CPU将会一直阻塞， 

#####  阻塞IO

'''IO 每次连接都只能连接一次，如果有其它客户端需要连接就需要等待本次连接断开'''

# server.py
import socket

so=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ipport=('127.0.0.1',9001)
so.bind(ipport)
so.listen(5)

while True:
    conn,data=so.accept()
    print(conn)

2、非阻塞IO

setblocking(False)

例： 服务端发起系统调用，查看内核态是否有数据，如果有就直接返回，如果也直接返回但会隔一段时间就会重新再去内核态在查看。

缺点： 系统调用发送太多，占据大量的数据资源， 当数据在前1秒发送时，而服务端正在阻塞就会导致数据无法及时处理

#####  非阻塞IO

''' setblocking socket等待用户进行连接，如果没有客户端进行连接，将会每隔一段时间查询一次内核态里是否有数据 '''

import socket
import time

so=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ipport=('127.0.0.1',9001)
so.bind(ipport)
so.listen(5)
so.setblocking(False)

while True:
    try:
        conn,data=so.accept()
        print(conn)
    except Exception as F:
        print(F)
        time.sleep(5)

# 同阻塞client.py

3、IO多路调用

select.select([bindname,],[],[],5)

   input output errorput 每隔几秒钟监听

    select发起系统调用，内核态当发现有数据时返回给select，然后server端再发送一次recvfrom

#####  IO多路复用 server端
import socket
import selectors
import json
ipport=('127.0.0.1',9001)

sel=selectors.DefaultSelector()

sock=socket.socket()
sock.bind(ipport)
sock.listen(5)

class UpDown:
    def put(self,obj,**data):
        print('ok')
        print(data)
        obj.send('ok'.encode('utf-8'))

def accept(obj,mask):
    # 与客户端建立连接 就跟socket 配置的 socket.accept是一个意思，只不过这里配置的是异步io可以同步连接多个客户端
    conn,addr=obj.accept()
    # print('client informaster: ',conn,'client addr: ',addr)
    # 注册客户端conn文件描述符对象,并绑定read函数
    sel.register(conn,selectors.EVENT_READ,read)

def read(obj,mask):
    try:
        data = obj.recv(1024)
        obj.send(data)
    except Exception as E:
        sel.unregister(obj)
        obj.close()

sel.register(sock,selectors.EVENT_READ,accept)

while 1:
    # 监听
    events=sel.select()
    # 如果没有客户端连接就是为空
    # 客户端第一次连接获取的是sock对象,绑定accept函数并执行,
    # 客户端发送数据 绑定read函数再进行数据的接收或发送操作
    for key,mask in events:
        print(key.data)
        # 获取socket文件描述符，并获取register注册函数accept  (sel.register(sock, selectors.EVENT_READ,accept))
        conn=key.data
        # key.fileobj方法 获取的是客户端的socket文件描述符对象 <socket.socket fd=268, family=AddressFamily.AF_INET, type=SocketKind.SOCK_STREAM, proto=0, laddr=('127.0.0.1', 9001)>
        # mask不知道有啥用 可以不配置它
        conn(key.fileobj,mask)

# 客户端   (只实现了简单的发送接收,错误处理没弄)

import socket
so=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
ipport=('127.0.0.1',9001)
so.connect(ipport)
while True:
    inp=input('>>>>>: ')
    so.send(inp.encode('utf-8'))
    data=so.recv(1024)
    print(data.decode('utf-8'))

触发方式： 两种 

1、 水平触发

只有高电平(1)或低电平(0)时才触发通知，只要在这两种状态就能得到通知，上面提到的只要有数据可读(描述符就绪)那么水平触发的epooll就立即返回

2、 边缘触发

只有电平发生变化(高电平到低电平，或电低平到高电平)的时候才触发通知,

3、IO多路复用优势：同时可以监听多个连接

IO多路复用： 单线程下实现的并发， 原理：利用IO空闲时间

select: 效率最慢   windows下只有这个， linux三个都有，最大量只有1024个连接

poll： 

epoll: 效率最快，

只要有一点点阻塞就是同步IO

4、异步IO

异步最大特点： 全程无阻塞，但系统内核运行会很忙碌

用户进程 发起调用，没有数据立刻返回，进程继续执行， 内核会一直等待数据,当内核收到数据,会将数据复制到用户态并直接返回给进程

阻塞与非阻塞区别

阻塞，全程阻塞

非阻塞，只在数据从内核态到用户态那一段时间内阻塞

同步IO与异步IO

同步IO： 只要有阻塞的就是同步IO

异步IO： 不带一丝阻塞的就是异步IO

python_day11_IO模型

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