>[success] # I/O模型是什么？ **在计算机编程中，I/O模型是用于描述输入和输出处理方式的术语**。它指的是**计算机系统与外部设备之间进行数据交互的过程**，包括读取和写入数据。当外部设备（如鼠标、键盘、硬盘等）进行输入或输出操作时，会产生相应的I/O事件。这些事件需要被操作系统或应用程序捕捉并进行相应的处理，以便提供更好的用户体验或实现特定的功能。 >[danger] ##### I/O 和系统的关系 总的来说，IO（输入/输出）操作是计算机编程中非常重要的一部分，**它涉及到程序与外部世界的交互，包括从设备读取数据、向设备输出数据以及文件读写等操作**。IO操作和操作系统密切相关，因为**操作系统负责管理计算机系统的所有资源，包括硬件设备和软件资源。** 文件写入输出为例他也是IO操作的一种形式，它涉及到将数据从程序的内存中写入到**磁盘（外部设备）** 文件中，将数据从**磁盘（外部设备）**文件读取到程序的**内存中（外部设备）** 文件系统是实现文件IO操作的一种机制，它将磁盘上的数据组织成文件和目录的形式，使得程序可以通过文件名和路径来访问这些数据。操作系统提供了一些API，使得程序可以进行文件IO操作，如文件打开和关闭、文件读取和写入、文件指针操作和文件属性查询等。程序通常使用文件输入流和文件输出流来进行文件读写操作，它们是操作系统提供的高级API，封装了底层的IO操作，使得程序员可以更方便地进行文件读写操作。 * 操作系统提供了一些常用的文件IO操作API，以下是其中一些常见的API： 1. `open()`：打开文件，返回文件句柄。 2. `close()`：关闭文件。 3. `read()`：从文件中读取数据。 4. `write()`：向文件中写入数据。 5. `lseek()`：移动文件指针。 6. `feof()`：检查文件是否到达文件尾。 7. `ferror()`：检查文件是否出错。 8. `rewind()`：将文件指针指向文件开始位置。 9. `fgets()`：从文件中读取一行数据。 10. `fputs()`：将字符串写入文件。 11. `fprintf()`：将格式化的数据写入文件。 12. `fscanf()`：从文件中读取格式化的数据。 >[danger] ##### 编程语言和I/O事件之间的关系 编程语言是一种工具，通过它我们可以开发出各种应用程序。在应用程序中，处理I/O事件是非常常见的需求。为了帮助程序员处理I/O事件，编程语言提供了一些API（应用程序接口），就像是使用这种工具需要的配件和零件一样。这些API可以使得程序能够及时地捕捉和处理I/O事件，从而提供更好的用户体验或实现特定的功能。 因此，编程语言和 I/O 事件之间的关系非常密切。编程语言提供了一些工具和机制，使得程序能够更好地处理和响应 I/O 事件。 >[danger] ##### 举例说明 输入文字、保存文件、播放音乐等等，都需要涉及到计算机和外部设备之间的交互。**这种交互就叫做I/O，即输入/输出** 。当用户在键盘上输入文字时，操作系统会捕捉到这个事件并将其传递给应用程序，应用程序接收到事件后会将文字显示在屏幕上。同样地，当应用程序需要将数据存储到硬盘上时，操作系统会捕捉到这个事件并将数据传递给硬盘进行存储。 综上所述，I/O模型是计算机系统与外部设备之间进行数据交互的过程，包括读取和写入数据。编程语言提供了一些API，帮助程序捕捉和处理I/O事件，使得程序能够更好地处理和响应这些事件，从而提供更好的用户体验或实现特定的功能。 综合来看，输入文字、保存文件、播放音乐等等操作都需要计算机与外部设备之间的交互。这种交互就叫做 I/O，即输入/输出。I/O 事件指的就是这些交互过程中产生的事件。**编程语言提供了一些工具和机制，帮助程序捕捉和处理 I/O 事件，使得程序能够更好地处理和响应这些事件，从而提供更好的用户体验或实现特定的功能**。 >[info] ## I/O 处理方式 不同的编程语言和操作系统提供了不同的 I/O 处理方式，当涉及到 I/O 操作时，常常会听到一些术语，如**阻塞、非阻塞、同步和异步**。这些术语指的是 I/O 操作的不同模型 在计算机中，I/O 模型可以分为四种类型：**阻塞、非阻塞、同步和异步**。 * **阻塞 I/O**：当应用程序执行 I/O 操作时，线程被阻塞并一直等待直到 I/O 操作完成。因为线程在等待时无法执行任何其他操作，所以阻塞 I/O 会浪费 CPU 时间。**举个例子：** 像在快餐店点餐一样，当你点完餐之后，必须等待餐厅厨师将你的食物做好才能离开，期间你不能做其他的事情。这种模型在计算机领域中并不常见，因为它会严重影响系统性能 * **非阻塞 I/O**：当应用程序执行 I/O 操作时，线程不会等待 I/O 操作完成。相反，它会立即继续执行，并且会在后续时间检查 I/O 操作是否完成。**举个例子：** 像在快餐店点餐一样，当你点完餐之后，你可以在旁边等待，等到你的食物做好之后再离开，期间你可以去做其他的事情。在计算机领域中，这种模型允许我们在等待 I/O 完成时继续执行其他任务。 * **同步 I/O**：当应用程序执行 I/O 操作时，它会一直等待，直到 I/O 操作完成。这意味着线程会阻塞，并且无法执行任何其他操作，直到 I/O 操作完成。**举个例子：** 像在高档餐厅点餐一样，你必须在点完餐之后等待食物做好才能离开。在计算机领域中，这意味着我们必须等待 I/O 操作完成后才能继续执行后续的代码。 * **异步 I/O**：当应用程序执行 I/O 操作时，它会立即返回，并在后续时间处理 I/O 操作完成的通知。这意味着线程不会阻塞，并且可以继续执行其他操作。**举个例子：** 像在餐厅预订一样，你可以预订餐厅中的一个桌位，然后离开餐厅去做其他的事情。当你的桌位准备好时，餐厅会通知你返回。在计算机领域中，这种模型允许我们启动 I/O 操作并继续执行后续代码，等到 I/O 操作完成时再回调通知我们。 >[danger] ##### 同步阻塞 I/O 同步阻塞 I/O 是最常见的 I/O 模型之一。在这种模型中，当一个线程发起一个 I/O 请求时，它将被阻塞直到该请求完成并返回结果。在 I/O 操作执行期间，线程无法执行任何其他任务，因此会浪费 CPU 时间。这种模型可以保证 I/O 操作的正确性，但是在等待 I/O 操作完成期间，程序无法执行其他任务，导致程序的性能和并发性受到限制。 >[danger] ##### 同步非阻塞 I/O 同步非阻塞 I/O 模型是指在进行 I/O 操作时，可以立即返回一个状态，告诉调用者是否已经完成操作。在等待 I/O 完成的过程中，当前线程不会被阻塞，可以继续执行其他操作。但是，在完成 I/O 操作之前，必须不断地轮询状态，直到操作完成。同步非阻塞 I/O 这个概念本身有些自相矛盾，因为同步通常意味着阻塞，而非阻塞则通常是异步的。因此，在大多数编程语言中，同步 I/O 操作通常是阻塞的，而非阻塞的 I/O 操作通常是异步的。 >[danger] ##### 异步阻塞 I/O 异步阻塞 I/O 模型是指在进行 I/O 操作时，可以先提交一个请求，然后等待系统完成操作并通知调用者，完成后再执行回调函数。在等待 I/O 完成的过程中，当前线程被阻塞。这种模型的特点是对于单个 I/O 操作，性能较好，但是无法充分利用 CPU 处理其他任务。 >[danger] ##### 异步非阻塞 I/O 模型 异步非阻塞 I/O 模型是指在进行 I/O 操作时，可以先提交一个请求，然后立即返回，并且在 I/O 操作完成后，系统会自动通知调用者，执行回调函数。在等待 I/O 完成的过程中，当前线程不会被阻塞，可以继续执行其他操作。这种模型的特点是可以提高性能，同时充分利用 CPU 处理其他任务。 ？？ 复用