Python学习第54天（阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO）

　　今天之所以这么早结束，主要是因为自己脑子不够用了，发现最近的定义有点多，完全搞不清楚了，打算早点睡觉，今天的内容估计要引用很多别人的部分了。

　　看到题目的四个东东是不是惊呆了，我也是惊呆了，同时脑子还跟不上。

　　同步（synchronous） IO和异步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO分别是什么，到底有什么区别？这个问题其实不同的人给出的答案都可能不同，比如wiki，就认为asynchronous IO和non-blocking IO是一个东西。这其实是因为不同的人的知识背景不同，并且在讨论这个问题的时候上下文(context)也不相同。所以，为了更好的回答这个问题，我先限定一下本文的上下文。

　　本文讨论的背景是Linux环境下的network IO。

　　Stevens在文章中一共比较了五种IO Model：

　　　　 blocking IO

　　　　nonblocking IO

　　　　IO multiplexing

　　　　signal driven IO

　　　　asynchronous IO

　　由于signal driven IO在实际中并不常用，所以我这只提及剩下的四种IO Model。
　　再说一下IO发生时涉及的对象和步骤。
对于一个network IO (这里我们以read举例)，它会涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的process (or thread)，另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：
　　 1 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
　　 2 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)记住这两点很重要，因为这些IO Model的区别就是在两个阶段上各有不同的情况。

其实我今天只看了阻塞IO和非阻塞IO，定义太绕口，知道是这么会事情，但是却不知道怎么跟定义有机的对应

　　一、 blocking IO （阻塞IO）　　

　　在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程大概是这样：

当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据。对于network io来说，很多时候数据在一开始还没有到达（比如，还没有收到一个完整的UDP包），这个时候kernel就要等待足够的数据到来。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
　　所以，blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。

　　对应实例的意思大致就是client不连接server端，server就会在accept那个位置一直等着：　　

import socket
# 客户端
sk=socket.socket()
sk.connect(("127.0.0.1",8080))

while 1:
    data=sk.recv(1024)
    print(data.decode("utf8"))
    sk.send(b"hello server")

#服务端
import socket

sk=socket.socket()
sk.bind(("127.0.0.1",8080))
sk.listen(5)

while 1:
    conn,addr=sk.accept()
    while 1:
        conn.send("hello client".encode("utf8"))
        data=conn.recv(1024)
        print(data.decode("utf8"))

　　二、non-blocking IO（非阻塞IO）

　　linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：

从图中可以看出，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。

　　所以，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据好了没有。

注意：

在网络IO时候，非阻塞IO也会进行recvform系统调用，检查数据是否准备好，与阻塞IO不一样，”非阻塞将大的整片时间的阻塞分成N多的小的阻塞, 所以进程不断地有机会 ‘被’ CPU光顾”。即每次recvform系统调用之间，cpu的权限还在进程手中，这段时间是可以做其他事情的，

也就是说非阻塞的recvform系统调用调用之后，进程并没有被阻塞，内核马上返回给进程，如果数据还没准备好，此时会返回一个error。进程在返回之后，可以干点别的事情，然后再发起recvform系统调用。重复上面的过程，循环往复的进行recvform系统调用。这个过程通常被称之为轮询。轮询检查内核数据，直到数据准备好，再拷贝数据到进程，进行数据处理。需要注意，拷贝数据整个过程，进程仍然是属于阻塞的状态。

　　说的大致意思就是我们把setblocking（）里面的参数由原来默认True更改为Flase，当没有接收的时候我们会每隔一段时间去看是否收到，从而是空置过程的程序归我们使用。

　　看范例：

import time

#服务端
import socket
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
sk.setsockopt
sk.bind(('127.0.0.1',6667))
sk.listen(5)
sk.setblocking(False)
while True:
    try:
        print ('waiting client connection .......')
        connection,address = sk.accept()   # 进程主动轮询
        print("+++",address)
        client_messge = connection.recv(1024)
        print(str(client_messge,'utf8'))
        connection.close()
    except Exception as e:
        print (e)
        time.sleep(4)

#客户端
import time
import socket
sk = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

while True:
    sk.connect(('127.0.0.1',6667))
    print("hello")
    sk.sendall(bytes("hello","utf8"))
    time.sleep(2)
    break

　　优缺点非常明显：

　　优点：能够在等待任务完成的时间里干其他活了（包括提交其他任务，也就是 “后台” 可以有多个任务在同时执行）。

　　缺点：任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成。这会导致整体数据吞吐量的降低。

今天就是这些了，早点休息，累累累。。。

然后最近的博客有点水，明天最好加个餐。。。

Python学习第54天（阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO）

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