>[success] # I/O模型是什么？ **在計算機編程中，I/O模型是用于描述輸入和輸出處理方式的術語**。它指的是**計算機系統與外部設備之間進行數據交互的過程**，包括讀取和寫入數據。當外部設備（如鼠標、鍵盤、硬盤等）進行輸入或輸出操作時，會產生相應的I/O事件。這些事件需要被操作系統或應用程序捕捉并進行相應的處理，以便提供更好的用戶體驗或實現特定的功能。 >[danger] ##### I/O 和系統的關系 總的來說，IO（輸入/輸出）操作是計算機編程中非常重要的一部分，**它涉及到程序與外部世界的交互，包括從設備讀取數據、向設備輸出數據以及文件讀寫等操作**。IO操作和操作系統密切相關，因為**操作系統負責管理計算機系統的所有資源，包括硬件設備和軟件資源。** 文件寫入輸出為例他也是IO操作的一種形式，它涉及到將數據從程序的內存中寫入到**磁盤（外部設備）** 文件中，將數據從**磁盤（外部設備）**文件讀取到程序的**內存中（外部設備）** 文件系統是實現文件IO操作的一種機制，它將磁盤上的數據組織成文件和目錄的形式，使得程序可以通過文件名和路徑來訪問這些數據。操作系統提供了一些API，使得程序可以進行文件IO操作，如文件打開和關閉、文件讀取和寫入、文件指針操作和文件屬性查詢等。程序通常使用文件輸入流和文件輸出流來進行文件讀寫操作，它們是操作系統提供的高級API，封裝了底層的IO操作，使得程序員可以更方便地進行文件讀寫操作。 * 操作系統提供了一些常用的文件IO操作API，以下是其中一些常見的API： 1. `open()`：打開文件，返回文件句柄。 2. `close()`：關閉文件。 3. `read()`：從文件中讀取數據。 4. `write()`：向文件中寫入數據。 5. `lseek()`：移動文件指針。 6. `feof()`：檢查文件是否到達文件尾。 7. `ferror()`：檢查文件是否出錯。 8. `rewind()`：將文件指針指向文件開始位置。 9. `fgets()`：從文件中讀取一行數據。 10. `fputs()`：將字符串寫入文件。 11. `fprintf()`：將格式化的數據寫入文件。 12. `fscanf()`：從文件中讀取格式化的數據。 >[danger] ##### 編程語言和I/O事件之間的關系 編程語言是一種工具，通過它我們可以開發出各種應用程序。在應用程序中，處理I/O事件是非常常見的需求。為了幫助程序員處理I/O事件，編程語言提供了一些API（應用程序接口），就像是使用這種工具需要的配件和零件一樣。這些API可以使得程序能夠及時地捕捉和處理I/O事件，從而提供更好的用戶體驗或實現特定的功能。 因此，編程語言和 I/O 事件之間的關系非常密切。編程語言提供了一些工具和機制，使得程序能夠更好地處理和響應 I/O 事件。 >[danger] ##### 舉例說明 輸入文字、保存文件、播放音樂等等，都需要涉及到計算機和外部設備之間的交互。**這種交互就叫做I/O，即輸入/輸出** 。當用戶在鍵盤上輸入文字時，操作系統會捕捉到這個事件并將其傳遞給應用程序，應用程序接收到事件后會將文字顯示在屏幕上。同樣地，當應用程序需要將數據存儲到硬盤上時，操作系統會捕捉到這個事件并將數據傳遞給硬盤進行存儲。 綜上所述，I/O模型是計算機系統與外部設備之間進行數據交互的過程，包括讀取和寫入數據。編程語言提供了一些API，幫助程序捕捉和處理I/O事件，使得程序能夠更好地處理和響應這些事件，從而提供更好的用戶體驗或實現特定的功能。 綜合來看，輸入文字、保存文件、播放音樂等等操作都需要計算機與外部設備之間的交互。這種交互就叫做 I/O，即輸入/輸出。I/O 事件指的就是這些交互過程中產生的事件。**編程語言提供了一些工具和機制，幫助程序捕捉和處理 I/O 事件，使得程序能夠更好地處理和響應這些事件，從而提供更好的用戶體驗或實現特定的功能**。 >[info] ## I/O 處理方式 不同的編程語言和操作系統提供了不同的 I/O 處理方式，當涉及到 I/O 操作時，常常會聽到一些術語，如**阻塞、非阻塞、同步和異步**。這些術語指的是 I/O 操作的不同模型 在計算機中，I/O 模型可以分為四種類型：**阻塞、非阻塞、同步和異步**。 * **阻塞 I/O**：當應用程序執行 I/O 操作時，線程被阻塞并一直等待直到 I/O 操作完成。因為線程在等待時無法執行任何其他操作，所以阻塞 I/O 會浪費 CPU 時間。**舉個例子：** 像在快餐店點餐一樣，當你點完餐之后，必須等待餐廳廚師將你的食物做好才能離開，期間你不能做其他的事情。這種模型在計算機領域中并不常見，因為它會嚴重影響系統性能 * **非阻塞 I/O**：當應用程序執行 I/O 操作時，線程不會等待 I/O 操作完成。相反，它會立即繼續執行，并且會在后續時間檢查 I/O 操作是否完成。**舉個例子：** 像在快餐店點餐一樣，當你點完餐之后，你可以在旁邊等待，等到你的食物做好之后再離開，期間你可以去做其他的事情。在計算機領域中，這種模型允許我們在等待 I/O 完成時繼續執行其他任務。 * **同步 I/O**：當應用程序執行 I/O 操作時，它會一直等待，直到 I/O 操作完成。這意味著線程會阻塞，并且無法執行任何其他操作，直到 I/O 操作完成。**舉個例子：** 像在高檔餐廳點餐一樣，你必須在點完餐之后等待食物做好才能離開。在計算機領域中，這意味著我們必須等待 I/O 操作完成后才能繼續執行后續的代碼。 * **異步 I/O**：當應用程序執行 I/O 操作時，它會立即返回，并在后續時間處理 I/O 操作完成的通知。這意味著線程不會阻塞，并且可以繼續執行其他操作。**舉個例子：** 像在餐廳預訂一樣，你可以預訂餐廳中的一個桌位，然后離開餐廳去做其他的事情。當你的桌位準備好時，餐廳會通知你返回。在計算機領域中，這種模型允許我們啟動 I/O 操作并繼續執行后續代碼，等到 I/O 操作完成時再回調通知我們。 >[danger] ##### 同步阻塞 I/O 同步阻塞 I/O 是最常見的 I/O 模型之一。在這種模型中，當一個線程發起一個 I/O 請求時，它將被阻塞直到該請求完成并返回結果。在 I/O 操作執行期間，線程無法執行任何其他任務，因此會浪費 CPU 時間。這種模型可以保證 I/O 操作的正確性，但是在等待 I/O 操作完成期間，程序無法執行其他任務，導致程序的性能和并發性受到限制。 >[danger] ##### 同步非阻塞 I/O 同步非阻塞 I/O 模型是指在進行 I/O 操作時，可以立即返回一個狀態，告訴調用者是否已經完成操作。在等待 I/O 完成的過程中，當前線程不會被阻塞，可以繼續執行其他操作。但是，在完成 I/O 操作之前，必須不斷地輪詢狀態，直到操作完成。同步非阻塞 I/O 這個概念本身有些自相矛盾，因為同步通常意味著阻塞，而非阻塞則通常是異步的。因此，在大多數編程語言中，同步 I/O 操作通常是阻塞的，而非阻塞的 I/O 操作通常是異步的。 >[danger] ##### 異步阻塞 I/O 異步阻塞 I/O 模型是指在進行 I/O 操作時，可以先提交一個請求，然后等待系統完成操作并通知調用者，完成后再執行回調函數。在等待 I/O 完成的過程中，當前線程被阻塞。這種模型的特點是對于單個 I/O 操作，性能較好，但是無法充分利用 CPU 處理其他任務。 >[danger] ##### 異步非阻塞 I/O 模型 異步非阻塞 I/O 模型是指在進行 I/O 操作時，可以先提交一個請求，然后立即返回，并且在 I/O 操作完成后，系統會自動通知調用者，執行回調函數。在等待 I/O 完成的過程中，當前線程不會被阻塞，可以繼續執行其他操作。這種模型的特點是可以提高性能，同時充分利用 CPU 處理其他任務。 ？？ 復用