linux同步与异步

1. 请你谈谈关于IO同步、异步、阻塞、非阻塞的区别

同步（synchronous）IO和异步（asynchronous）IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO的区别是什么？本文将从linux环境下的network IO背景出发，参考Richard Stevens的“UNIX® Network Programming Volume 1, Third Edition: The Sockets Networking”中的相关内容，详细解释这四种IO模型的特点和区别。

在深入讨论之前，重要的是明确本文的讨论上下文为Linux环境下的network IO。

根据Richard Stevens的解释，本文将对比五种IO模型，而由于信号驱动IO在实际应用中不常用，本文将仅讨论剩下的四种：同步（synchronous）IO、异步（asynchronous）IO、阻塞（blocking）IO和非阻塞（non-blocking）IO。

在network IO过程中，涉及的对象主要有两个：一个是由用户进程调用IO操作的系统对象（如进程或线程），另一个是系统内核（kernel）。一个read操作通常会经历两个阶段：准备数据阶段和拷贝数据阶段。

接下来，我们将依次介绍这四种IO模型的特点和区别。

阻塞（blocking）IO

在Linux中，默认情况下，所有的socket都是阻塞的。一个典型的读操作流程如下：用户进程调用recvfrom系统调用时，内核开始准备数据阶段。如果数据尚未到达，内核将进入等待状态，而用户进程同样会被阻塞。当数据准备完毕后，内核将数据从内核复制到用户内存中，然后返回结果，用户进程解除阻塞状态，重新执行。

因此，阻塞IO的主要特点是在两个阶段均被阻塞。

非阻塞（non-blocking）IO

在Linux环境下，可以通过设置socket使其变为非阻塞。当对一个非阻塞socket执行读操作时，流程如下：如果内核中的数据尚未准备好，它不会阻塞用户进程，而是立即返回错误。用户进程在发起read操作后，不需要等待，立刻得到结果。用户进程判断结果为错误时，知道数据还未准备好，可以再次发送read操作。一旦数据准备完毕并再次收到系统调用，内核将数据复制到用户内存并返回。

用户进程需要主动询问内核数据是否准备就绪。

IO多路复用（IO multiplexing）

IO多路复用（如select或epoll）允许单个进程同时处理多个网络连接的IO。其基本原理是内核持续监视所有连接，一旦有数据到达，就通知用户进程。流程如下：用户进程调用select时，整个进程被阻塞，而内核则监视所有select负责的socket。当任何一个socket的数据准备好时，select返回。用户进程再次调用read操作，从内核复制数据到用户进程。

与阻塞IO相比，多路复用IO需要两次系统调用（select和recvfrom），而不是一次。然而，其优势在于能同时处理多个连接。

需要注意的是，实际应用中，即使使用多路复用IO，通常也设置每个socket为非阻塞，但进程被select函数阻塞，而非被socket IO阻塞。

异步（asynchronous）IO

Linux下的异步IO应用较少。其流程如下：用户进程发起read操作后，立即开始执行其他任务。另一方面，内核收到异步读请求后，立即返回，不阻塞进程。内核等待数据准备完成，将数据复制到用户内存中后，通过发送信号通知用户进程读操作已完成。

异步IO的主要区别在于：在执行IO操作时不会阻塞进程，直到内核发送信号通知操作完成。

这四种IO模型之间的主要区别在于阻塞与非阻塞、同步与异步以及处理方式的不同。非阻塞IO允许进程在数据未准备好时继续执行，而阻塞IO则需要等待操作完成。同步IO在执行过程中会阻塞进程，而异步IO则在执行后立即返回，直到完成时通知进程。

2. 请问linux下C编程多线程同步和异步的区别，如何能实现程序的同步和异步编程

同步就是使得两个或者多个进程之间的行为按照一定的时序来执行。比如说线程A完成了某件事，然后线程B才能做某件事。具体一点，就是，线程间的某个动作执行前需要确认一个或者多个其他线程的当前状态。而异步则是多个线程各跑各的，互不干涉。

Linux下的多线程实现由pthread库提供，头文件为pthread.h。多线程最重要的就是要保护好共享资源（用互斥体，mutex)，尤其是异步。代码哥哥就不上了，这里关键的不是代码的问题，也不是Linux、Windows的问题，重要的是概念的理解。哥们不妨先研究研究“生产者-消费者”这个常出现在教科书上的模型，这是一个典型的同步问题。就讲这么多了，拜拜。