2009年8月31日星期一

网络编程之同步,阻塞,异步,非阻塞

同步:函数没有执行完不返回,线程被挂起
阻塞:没有收完数据函数不返回,线程也被挂起
异步:函数立即返回,通过事件或是信号通知调用者
非阻塞:函数立即返回,通过select通知调用者
这样看来异步和非阻塞有什么区别呢?
异步=非阻塞?
同步是在操作系统层面上,阻塞是在套接字上?
Reactor是同步 Proactor是异步?
回答:
同步、异步、阻塞和非阻塞的概念
  在进行网络编程时,我们常常见到同步、异步、阻塞和非阻塞四种调用方式。这些方式彼此概念并不好理解。下面是我对这些术语的理解。
同步
所谓同步,就是在发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。按照这个定义,其
实绝大多数函数都是同步调用(例如sin,
isdigit等)。但是一般而言,我们在说同步、异步的时候,特指那些需要其他部件协作或者需要一定时间完成的任务。最常见的例子就是
SendMessage。该函数发送一个消息给某个窗口,在对方处理完消息之前,这个函数不返回。当对方处理完毕以后,该函数才把消息处理函数所返回的
LRESULT值返回给调用者。
异步
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用
的部件在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者。以
CAsycSocket类为例(注意,CSocket从CAsyncSocket派生,但是起功能已经由异步转化为同步),当一个客户端通过调用
Connect函数发出一个连接请求后,调用者线程立刻可以朝下运行。当连接真正建立起来以后,socket底层会发送一个消息通知该对象。这里提到执行
部件和调用者通过三种途径返回结果:状态、通知和回调。可以使用哪一种依赖于执行部件的实现,除非执行部件提供多种选择,否则不受调用者控制。如果执行部
件用状态来通知,那么调用者就需要每隔一定时间检查一次,效率就很低(有些初学多线程编程的人,总喜欢用一个循环去检查某个变量的值,这其实是一种很严重
的错误)。如果是使用通知的方式,效率则很高,因为执行部件几乎不需要做额外的操作。至于回调函数,其实和通知没太多区别。
阻塞
阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。有人也许
会把阻塞调用和同步调用等同起来,实际上他是不同的。对于同
步调用来说,很多时候当前线程还是激活的,只是从逻辑上当前函数没有返回而已。例如,我们在CSocket中调用Receive函数,如果缓冲区中没有数
据,这个函数就会一直等待,直到有数据才返回。而此时,当前线程还会继续处理各种各样的消息。如果主窗口和调用函数在同一个线程中,除非你在特殊的界面操
作函数中调用,其实主界面还是应该可以刷新。socket接收数据的另外一个函数recv则是一个阻塞调用的例子。当socket工作在阻塞模式的时候,
如果没有数据的情况下调用该函数,则当前线程就会被挂起,直到有数据为止。
非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应,指在不能立刻得到结果之前,该函数不会阻塞当前线程,而会立刻返回。
  对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性,但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有
非阻塞的调用方式,我们可以通过一定的API去轮询状
态,在适当的时候调用阻塞函数,就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象,调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。
阻塞通信
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  通过重叠通信和计算在许多系统能提高性能。由一个智能通信控制器自动地执行通信的系统是真实的。轻-重线索是取得这种重叠的一种机制。导致好性
能的
一个可选的机制是使用非阻塞通信。一个阻塞发送开始调用初始化这个发送操作,但不完成它。在这个消息被从这个发送缓存拷出以前,这个发送开始调用将返回。
需要一个独立的"发送完成"调用完成这个通信,例如,检验从发送缓存拷出的数据。用适当的硬件,在发送被初始化后和它完成以前,来自发送者存储的数据转换
可以和在发送者完成的计算同时进行。类似地,一个非阻塞"接收开始调用"初始化这个接收操作,
但不完成它。在一个消息被存入这个接收缓存以前,这个调用将返回。须要一个独立的"接收完成"调用完成这个接收操作,并检验被接收到这个接收缓存的数据。
用适当的硬件,在接收操作初始化后和它完成以前,到接收者存储的数据转换可以和计算同时进行。非阻塞接收的使用虽着信息较早地在接收缓存位置被提供,也可
以避免系统缓存和存储器到存储器拷贝。
  非阻塞发送开始调用能使用与阻塞发送一样的四种模式: 标准, 缓存,
同步和准备好模式。这些具有同样的意义。无论一个匹配接收是否已登入,能开始除"准备好"以外的所有模式的发送;只要一个匹配接收已登入,就能开始一个非
阻塞"准备好"发送。在所有情况下,发送开始调用是局部的:无论其它进程的状态如何,它立刻返回。如果这个调用使得一些系统资源用完,那么它将失败并返回
一个错误代码。高质量的MPI实现应保证这种情况只在"病态"时发生。即,一个MPI实现将能支持大数量挂起非阻塞操作。  
  当数据已被从发送缓存拷出时,这个发送完成调用返回。它可以带有附加的意义,这取决于发送模式。 
  如果发送模式是"同步的",那么只有一个匹配接收已开始这个发送才能完成。即,一个接收已被登入,并已和这个发送匹配。这时,这个发送完成调用
是非
局部的。注意,在接收完成调用发生以前,如果一个同步、非阻塞发送和一个非阻塞接收匹配,
它可以完成。(发送者一"知道"转换将结束,它就能完成,但在接收者"知道"转换将结束以前)。  
  如果发送模式是"缓存",并没有挂起接收,那么消息必须被缓存。这时,发送完成调用是局部的,而且无论一个匹配接收的状态如何,它必须成功。  
  如果发送模式是标准的,同时这个消息被缓存,那么在一个匹配接收发生以前,发送结束调用可以返回。另一方面,发送完成直到一个匹配接收发生才可以完成,并且这个消息已被拷到接收缓存。  
  非阻塞发送能被用阻塞接收匹配,反过来也可以。
  给用户的建议. 一个发送操作的完成, 对于标准模式可以被延迟,
对于同部模式必须延迟,
直到一个匹配接收登入。这两种情况下非阻塞发送的使用允许发送者提前于接收者进行,以便在两进程的速度方面,计算更容忍波动。  
  缓存和准备好模式中的非阻塞发送有一个更有限的影响。一可能一个非阻塞发送将返回,而一个阻塞发送将在数据被从发送者存储拷出后返回。只要在数据拷贝能和计算同时的情况下,非阻塞发送的使用有优点。
  消息发送模式隐含着由发送者初始化通信。当发送者初始化通信(数据被直接移到接收缓存,
并不要求排队一个挂起发送请求)
时,如果一个接收已登入,这个通信一般将有较低的额外负担。但是,只在匹配发送已发生后,一个接收操作能完成。当非阻塞接收等待发送时,没有阻塞接收,它
的使用允许得到较低的通信额外负担。(给用户的建议结束)。
Dr. Douglas C. Schmidt的回答:
They are very different, as follows:
 AIO is "asynchronous I/O", i.e., the operation is invoked
asynchronously and control returns to the client while the OS kernel
processes the I/O request.?When the operation completes there is
some mechanism for the client to retrieve the results.
 Non-blocking I/O tries an operation (such as a read() or write())
and if it the operation would block (e.g., due to flow control on a
TCP connection or due to lack of data in a socket), the call returns
-1 and sets errno to EWOULDBLOCK.
Dr. Douglas C. Schmidt

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