非阻塞系統

非阻塞系統是指在不能立刻得到調用結果之前，函式不會阻塞當前執行緒，而會立刻返回的I/O系統。調用非阻塞I/O跟阻塞I/O的差別為調用之後立即返回，返回後，CPU的時間片可以用來處理其他事務，此時性能是提升的。

基本介紹

• 中文名：非阻塞系統
• 外文名：Nonblocking system
• 套用領域：計算機、通信等
• 對應系統：阻塞系統
• 特點：調用之後立即返回
• 存在問題：立即返回的是當前調用的狀態

關於阻塞的概念

阻塞（Block）這個概念。當進程調用一個阻塞的系統函式時，該進程被置於睡眠（Sleep）狀態，這時核心調度其它進程運行，直到該進程等待的事件發生了（比如網路上接收到數據包，或者調用sleep指定的睡眠時間到了）它才有可能繼續運行。與睡眠狀態相對的是運行（Running）狀態，在Linux核心中，處於運行狀態的進程分為兩種情況：

正在被調度執行

CPU處於該進程的上下文環境中，程式計數器（eip）里保存著該進程的指令地址，通用暫存器里保存著該進程運算過程的中間結果，正在執行該進程的指令，正在讀寫該進程的地址空間。

就緒狀態

該進程不需要等待什麼事件發生，隨時都可以執行，但CPU暫時還在執行另一個進程，所以該進程在一個就緒佇列中等待被核心調度。系統中可能同時有多個就緒的進程，那么該調度誰執行呢？核心的調度算法是基於優先權和時間片的，而且會根據每個進程的運行情況動態調整它的優先權和時間片，讓每個進程都能比較公平地得到機會執行，同時要兼顧用戶體驗，不能讓和用戶互動的進程回響太慢。

阻塞與非阻塞

阻塞

阻塞調用是指調用結果返回之前，當前執行緒會被掛起。函式只有在得到結果之後才會返回。

有人也許會把阻塞調用和同步調用等同起來，實際上他是不同的。對於同步調用來說，很多時候當前執行緒還是激活的，只是從邏輯上當前函式沒有返回而已。例如，我們在CSocket中調用Receive函式，如果緩衝區中沒有數據，這個函式就會一直等待，直到有數據才返回。而此時，當前執行緒還會繼續處理各種各樣的訊息。如果主視窗和調用函式在同一個執行緒中，除非你在特殊的界面操作函式中調用，其實主界面還是應該可以刷新。

比如說，socket接收數據的另外一個函式recv就是一個阻塞調用的例子。當socket工作在阻塞模式的時候，如果沒有數據的情況下調用該函式，則當前執行緒就會被掛起，直到有數據為止。

非阻塞

非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能立刻得到結果之前，該函式不會阻塞當前執行緒，而會立刻返回。

但是非阻塞I/O的問題是：由於完整的I/O沒有完成，立即返回的並不是業務層期望的數據，而僅僅是當前調用的狀態。為了獲取完整的數據，應用程式需要重複調用I/O操作來確認是否完成。這種重複調用判斷操作是否完成的技術叫做輪詢。調用之後立即返回。

對象的阻塞模式和阻塞函式調用

對象是否處於非阻塞模式和函式是不是非阻塞調用有很強的相關性，但是並不是一一對應的。非阻塞對象上可以有阻塞的調用方式，我們可以通過一定的API去輪詢狀態，在適當的時候調用阻塞函式，就可以避免阻塞。而對於非阻塞對象，調用特殊的函式也可以進入阻塞調用。

輪詢技術

主要有以下四種：

read

最原始、性能最低，通過重複調用來檢查I/O的狀態來完成完整數據的讀取。在得到數據前，CPU一直好用在等待上。

select

改進了read，通過對檔案描述符上的事件狀態來進行判斷。有一個較弱的限制為由於它採用一個1024長度的數組來存儲狀態，所以它最多可以同時檢查1024個檔案描述符。

poll

對select改進，採用鍊表方式避免數組長度的限制，其次它能避免不需要的檢查。擔當檔案描述符較多時，它的性能還是低下。

epoll

Linux下效率最高的I/O事件通知機制，在進入輪詢的時候如果沒有檢查到I/O事件，將會進行休眠，直到事件發生將它喚醒。它是真實利用了事件通知、執行回調的方式，而不是遍歷查詢，所以不會浪費CPU，執行效率較高。

kequeue

與epoll類似，僅在FreeBSD系統下存在。

IO模式設定

一般對於系統是阻塞模式還是非阻塞模式有兩種方式:

fcntl 設定

flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0); //獲取檔案的flags值。
fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); //設定成非阻塞模式；
flags = fcntl(sockfd,F_GETFL,0);
fcntl(sockfd,F_SETFL,flags&~O_NUNBLOCK); //設定成阻塞模式；

recv, send 函式設定

recv, send 函式的最後有一個flag 參數可以設定成MSG_DONTWAIT
臨時將sockfd 設定為非阻塞模式,而無論原有是阻塞還是非阻塞。
recv(sockfd, buff, buff_size,MSG_DONTWAIT); //非阻塞模式的訊息傳送
send(scokfd, buff, buff_size, MSG_DONTWAIT); //非阻塞模式的訊息接受

阻塞系統與非阻塞系統的區別

讀(read/recv/msgrcv)

阻塞和非阻塞的區別在於沒有數據到達的時候是否立刻返回。
read 也好，recv 也好只負責把數據從底層緩衝copy到我們指定的位置。
阻塞情況下：
1、如果沒有發現數據在網路緩衝中會一直等待，
2、當發現有數據的時候會把數據讀到用戶指定的緩衝區，但是如果這個時候讀到的數據量比較少，比參數中指定的長度要小，read 並不會一直等待下去，而是立刻返回。
read 的原則，是數據在不超過指定的長度的時候有多少讀多少，沒有數據就會一直等待。所以一般情況下,我們讀取數據都需要採用循環讀的方式讀取數據，因為一次read 完畢不能保證讀到我們需要長度的數據，read 完一次需要判斷讀到的數據長度再決定是否還需要再次讀取。
非阻塞情況下:
1、如果發現沒有數據就直接返回，
2、如果發現有數據那么也是採用有多少讀多少的進行處理。
所以read 完一次需要判斷讀到的數據長度再決定是否還需要再次讀取。

寫(send/write/msgsnd)

寫的本質也不是進行傳送操作，而是把用戶態的數據copy 到系統底層去，然後再由系統進行傳送操作，send，write返回成功，只表示數據已經copy 到底層緩衝，而不表示數據已經發出，更不能表示對方連線埠已經接管到數據。
阻塞情況下，write會將數據傳送完。(不過可能被中斷)
在阻塞的情況下，是會一直等待，直到write 完，全部的數據再返回。這點行為上與讀操作有所不同。
非阻塞寫的情況下，是採用可以寫多少就寫多少的策略。與讀不一樣的地方在於，有多少讀多少是由網路傳送的那一端是否有數據傳輸到為標準，但是對於可以寫多少是由本地的網路堵塞情況為標準的，在網路阻塞嚴重的時候，網路層沒有足夠的記憶體來進行寫操作，這時候就會出現寫不成功的情況，阻塞情況下會儘可能(有可能被中斷)等待到數據全部傳送完畢， 對於非阻塞的情況就是一次寫多少算多少，沒有中斷的情況下也還是會出現write 到一部分的情況。