嵌入式操作系统（五）

1.你了解IO模型吗？请你介绍一下？

2.BIO、NIO有什么区别？

3.Reactor、Proactor模式是什么？有什么区别？

4.你了解socket中select、epoll吗？请你说说区别？

5.linux零拷贝的原理？

内容：

1.你了解IO模型吗？请你介绍一下？

阻塞IO：

调用IO操作时，程序会阻塞（即等待），调用者期间什么也不做，不停检查这个函数有没有返回，必须等待这个函数返回后才能进行下一个动作。
但可能导致程序在等待IO操作时效率低下。

非阻塞IO：

IO操作会立即返回，如果数据不可用，程序会继续执行，不会等待。
程序可以通过轮询来检查IO操作是否完成，但需要手动管理数据的状态和进程调度。

IO多路复用：

通过调用select、poll等系统调用，程序可以同时等待多个IO事件的发生，直到某些事件准备好。
可以同时读操作、写操作的IO函数进行检查。知道有数据可读或者可写时，才真正调用IO操作函数。

信号驱动IO：

linux用套接口进行信号驱动IO，操作系统会在IO事件完成时通过信号通知应用程序，应用程序可以在收到信号后继续处理IO操作。

异步IO：

在linux中通过调用aio_read函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区大小、文件偏移等，IO操作会异步执行，程序不会被阻塞，系统会在IO操作完成时通知程序。

注意：

阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO和信号驱动IO都属于同步模式
只有异步IO模型真正的实现IO操作的异步性。
异步是内核将数据拷贝到用户区，不需要用户再自己接收数据，直接使用就可以了。
同步是内核通知用户数据到了，用户自己调用相应函数去接收数据。

2.BIO、NIO有什么区别？

BIO

即阻塞IO，是最传统的IO模型，其工作原理是，当程序发起IO操作时（如读写文件或网络数据），线程会被阻塞，直到IO操作完成。这意味着，程序会等待IO操作完成后才能继续执行后续任务。

NIO

即非阻塞IO，是一种更先进的IO模型，NIO使用了Selector、Channel和Buffer等关键类来实现非阻塞IO。NIO通过一个线程不断的轮询每个IO状态，看看是否有IO状态发生了改变，从而进行下一步动作。

BIO 和 NIO 的区别

模型类型	阻塞IO（同步阻塞）	非阻塞IO（同步非阻塞）
线程管理	每个IO操作一个线程，线程阻塞	多个IO操作通过一个线程处理，线程不会阻塞
IO操作的阻塞	阻塞，直到IO操作完成	非阻塞，立即返回，操作系统通知数据是否准备好
性能	对高并发性能差，消耗大量系统资源	高效，支持大规模并发连接，减少资源消耗
复杂度	编程简单	编程复杂，需使用`Selector`、`Channel`等
适用场景	低并发、小规模应用	高并发、大规模应用，如Web服务器、聊天服务器

3.Reactor、Proactor模式是什么？有什么区别？

Reactor模式

Reactor模式是一个同步的IO多路复用模式，它通过事件驱动和IO复用机制来处理多个并发的IO事件。Reactor模式的核心是使用一个事件循环来等待和分发事件，通常使用select、poll、epoll等系统调用。

实现的 Reactor 模式的工作流程：

主线程注册读就需要事件和相关联的事件处理器。
事件分离器等待事件发生。主线程调用命令，等待数据可读。
当发生读时，事件分离器调用第一步注册的事件处理器。主线程则将可读事件放入请求队列。
事件处理器首先执行实际的读操作，然后根据读取到的内容进行进一步的处理。

优点：

能够在一个线程中管理多个IO操作，避免了线程上下文切换的开销。
系统能够高效地响应并处理IO事件，而不需要轮询或等待。
Reactor模式适合处理大量并发连接（例如Web服务器、代理服务器等）。

缺点：

程序逻辑相对复杂，需要管理事件分发、回调等。
每个IO事件处理器在执行时仍然是同步的，可能会影响效率。

Proactor模式

Proactor模式（主动反应模式）是一个异步的IO多路复用模式，与Reactor模式不同，Proactor模式依赖于操作系统或IO库主动完成IO操作后才通知应用程序，而不是应用程序主动等待和检查IO操作的完成。

主线程调用函数，然后注册一个相应时间处理器，并告诉内核用户读缓冲区的位置，此时不关注读取就绪事件，而是关注读取完成事件。
事件分离器等待读取操作完成事件。
读取操作完成后，操作系统调用内核完成读取操作，并将读取的内容放入用户传递过来的缓冲区。
当数据被读入用户缓冲区后，内核将向应用程序发送一个信号，以通知应用程序数据已经可用。
事件分离器捕获到读取事件后，激活应用程序注册的事件处理器，事件处理器直接从缓存区读取数据。
当用户缓冲区的数据被写入之后，内核将向应用程序发送一个信号，以通知应用程序数据已经发送完毕。

优点：

应用程序不需要阻塞等待IO完成，可以高效地处理多个IO操作。
由于IO操作由操作系统或库主动完成，程序响应时间通常更短。
避免了线程不断轮询IO事件，节省了CPU资源。

缺点：

实现Proactor模式需要支持异步IO操作的操作系统或库，这使得在一些环境下实现较为困难。
Proactor模式依赖于操作系统的异步IO支持，在一些平台上可能不如Reactor模式通用。

Reactor模式与Proactor模式的区别

IO操作的方式	同步：IO操作由应用程序主动发起并等待完成，应用程序需要自己读取或者写入数据。	异步：IO操作由操作系统主动完成，并通知应用程序。不需要用户自己再接收数据，操作系统会将数据拷贝到用户区。
事件处理	程序等待IO事件并处理，处理时仍可能是阻塞的。	操作系统或库处理IO，完成后通知应用程序进行处理。
阻塞与非阻塞	阻塞IO操作，线程等待直到数据准备好。	非阻塞

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