什么是阻塞和非阻塞I/O

在听到Node的介绍时,我们时常会听到异步、非阻塞、回调、事件这些词语混合在一起推介出来,其中异步与非阻塞听起来似乎是同一回事。从实际效果而言,异步和非阻塞都达到了我们并行I/O的目的。但是从计算机内核I/O而言,异步/同步和阻塞/非阻塞实际上是两回事。

操作系统内核对于I/O只有两种方式:阻塞与非阻塞。在调用阻塞I/O时,应用程序需要等待I/O完成才返回结果

阻塞I/O的一个特点是调用之后一定要等到系统内核层面完成所有操作后,调用才结束。以读取磁盘上的一段文件为例,系统内核在完成磁盘寻道、读取数据、复制数据到内存中之后,这个调用才结束。

阻塞I/O造成CPU等待I/O,浪费等待时间,CPU的处理能力不能得到充分利用。为了提高性能,内核提供了非阻塞I/O。非阻塞I/O跟阻塞I/O的差别为调用之后会立即返回

操作系统对计算机进行了抽象,将所有输入输出设备抽象为文件。内核在进行文件I/O操作时,通过文件描述符进行管理,而文件描述符类似于应用程序与系统内核之间的凭证。应用程序如果需要进行I/O调用,需要先打开文件描述符,然后再根据文件描述符去实现文件的数据读写。

此处非阻塞I/O与阻塞I/O的区别在于阻塞I/O完成整个获取数据的过程,而非阻塞I/O则不带数据直接返回,要获取数据,还需要通过文件描述符再次读取。

非阻塞I/O返回之后,CPU的时间片可以用来处理其他事务,此时的性能提升是明显的。但非阻塞I/O也存在一些问题。由于完整的I/O并没有完成,立即返回的并不是业务层期望的数据,而仅仅是当前调用的状态。为了获取完整的数据,应用程序需要重复调用I/O操作来确认是否完成。这种重复调用判断操作是否完成的技术叫做轮询,下次我们就来简要介绍这种技术。

任意技术都并非完美的。阻塞I/O造成CPU等待浪费,非阻塞带来的麻烦却是需要轮询去确认是否完全完成数据获取,它会让CPU处理状态判断,是对CPU资源的浪费。