IO | 易学教程

【IO input output】

在内存中存在数据交换的操作都可以认为是输入输出
比如：
内存和磁盘交互读写操作
内存和网络交互 recv send
IO密集型程序：程序执行大量的IO操作，而较少的cpu运算
特点：消耗cpu较少，运行时间长
CPU密集型程序（计算密集型）：程序中大量的操作都需要cpu运算，IO操作较少
特点：消耗cpu大，运行速度快

IO分类：
阻塞IO 非阻塞IO IO多路复用事件IO 异步IO

阻塞IO：
默认形态效率很低的一种IO情形
阻塞情况：
1. 因为某种条件没有达成造成的阻塞
e.g. accept recv input
2. 处理IO事件的时候耗时比较长形成阻塞
e.g. 文件的读写过程，网络数据发送过程

非阻塞IO:
通过修改IO事件的属性，使其变为非阻塞的状态。（改变了第一种阻塞的状况）
通常和循环搭配使用，不断检测循环条件是否已经满足
s.setblocking()
功能：将套接字设置成非阻塞状态
参数：bool 设置为False则表示设置为非阻塞

示例：

# block_server.py

from socket import *
from time import sleep,ctime

s = socket()
s.bind(('127.0.0.1',8888))
s.listen(5)

# 将s设置为非阻塞
s.setblocking(False)

while True:
    print('waiting for connect......')
    try:
	connfd,addr = s.accept()
    except BlockingIOError:
	sleep(2)
	print(ctime())
	continue
    connfd,addr = s.accept()
    print('Connect from',addr)
    # connfd.setblocking(False)
    # 将recv变成非阻塞
    while True:
	data = connfd.recv(1024),decode()
	if not data:
	    break
	print(data)
	connfd.sendall(ctime().encode())
    connfd.close()
s.close()

超时检测
定义：
将原本阻塞的函数，设置一个阻塞的最长时间，
在规定的时间内，如果条件达到则正常执行，如果仍然阻塞则抛出异常
s.settimeout(sec)
功能：设置套接字超时时间
参数：设置的时间
示例：

# timeout.py
from socket import *
from time import sleep,ctime

s = socket()
s.bind(('127.0.0.1',8888))
s.listen(5)
# 设置s的超时时间(设置为5秒)
s.settimeout(5)
while True:
    print('waiting for connect......')
    try:
	connfd,addr = s.accept()
    except timeout:
	sleep(2)
	print(ctime())
	continue
    connfd,addr = s.accept()
    print('Connect from',addr)
    # connfd.setblocking(False)
    # 将recv变成非阻塞
    while True:
	data = connfd.recv(1024),decode()
	if not data:
	    break
	print(data)
	connfd.sendall(ctime().encode())
    connfd.close()
s.close()

IO多路复用（重难点）：
原来传统的自上而下的执行过程中，一个一个来执行的,第二个要等到第一个执行完毕才可以执行
IO多路复用把他们并列，谁可以执行了就先执行，不必依照顺序来
1. 定义：
  同时监控多个IO事件，当哪个IO事件准备就绪就执行哪个IO事件。
  以此形成，多个IO事件都可以操作，不必逐个等待执行的效果
  目的：当程序中有多个IO事件的时候提高IO的执行效率
2. 准备就绪：
  IO事件即将发生的临界状态
3. import select
  
  select —> windows / linux / unix
  poll------> linux / unix
  epoll-----> linux / unix
4. select函数原型：
  r,w,x = select(rlist, wlist, xlist[, timeout])
  功能：
  监控IO事件，阻塞等待IO事件的发生
  参数：
  rlist:列表存放我们监控等待处理的IO事件
  wlist：列表存放我们要主动处理的IO事件
  xlist：列表存放如果发生异常需要我们处理的IO事件
  timeout：数字超时时间
  返回值：
  r：列表 rlist当中准备就绪的IO
  w：列表 wlist当中准备就绪的IO
  x：列表 xlist当中准备就绪的IO
  注意事项：
  1. 在处理IO过程中不应该发生死循环（某个IO单独占有服务器）
  2. IO多路复用形成了一种并发的效果，效率较高
示例：
写一个select服务端，同时关注客户端的连接，客户端的发送和终端的输入。
将客户端发送的内容和终端输入的内容均写入到一个文件中
```
# select_server_zhongduan.py

from socket import *
from select import select
import sys

s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('127.0.0.1',8888))
s.listen(5)

rlist = [s,sys.stdin]
wlist = []
xlist = []
f = open('select_file','w')
while 1:
    rs,ws,xs = select(rlist,wlist,xlist)
    for r in rs:
	if r is s:
	    # 表明有客户端连进来
	    connfd,addr = r.accept()
	    # print('Connect from',addr)
	    rlist.append(connfd)
	elif r is sys.stdin:
	    # 表明从终端输入内容了
	    data = r.readline()
	    f.write(data)
	else:
	    # 表明有客户端发消息
	    data = r.recv(1024)
	    if not data:
		rlist.remove(r)
	    else:
	       f.write(data.decode())
    for w in ws:
	pass
    for x in xs:
	pass
```

7.位运算：

按照二进制位进行操作运算
&	|	^	<<	>>
按位与	按位或	按位异或  左移	右移
11	1011
14	1110
&	1010（一0则0）
|	1111（一1则1）
^	0101(相同为0不同为1)
11<<2	101100(右边补0)==44
14>>2	11(挤掉低位的数字)	==3


使用：
	1.在做底层硬件的寄存器操作
	2.在做标志位过滤时
标志位过滤：
	1	0	1	1(查有没有)	0---->22
	0	0	0	0	0	
	----------------------------------------
	(用00000按位与，如果那项按位与后不等于0则表示有，否则为0)
	0	0	0	1	0----->!=0
	0	0	0	0	0----->=0

poll的用法

创建poll对象
p = select.poll()
添加关注对象
p.register(s,POLLIN | POLLERR)
括号内的格式事件分类，用按位或
p.unregister(s)
poll IO事件类型分类:
POLLIN POLLOUT POLLERR POLLHUP POLLPRI POLLVAL
rlist wlist xlist 断开紧急处理无效数据
进行监控
events = p.poll()
功能：阻塞等待reigister的事件发生
返回值：events 是一个列表，列表中每个元素表示准备就绪需要处理的IO
[(fileno,event, (),()]
描述符具体什么就绪了
描述符地图 {s.fileno()😒}
处理IO事件

示例：

# poll_server.py

from socket import *
from select import *

# 创建套接字
s = socket()
s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
s.bind(('127.0.0.1',8888))
s.listen(5)

# 创建poll对象
p = poll()
# 建立通过fileno查找IO对象的地图
fdmap = {s.fileno():s}
# 添加关注
p.register(s,POLLIN | POLLERR)

while True:
    # 进行监控
    events = p.poll()
    for fd,event in events:
	# 有客户端连接进来了
	if fd == s.fileno():
	    c,addr = fdmap[fd].accept()
	    print('Connect from',addr)
	    # 注册新的套接字
	    p.register(c,POLLIN)
	    # 时刻维护地图更新
	    fdmap[c.fileno()] = c
	# 表示POLLIN准备就绪了
	elif event & POLLIN:
	    data = fdmap[fd].recv(1024)
	    if not data:
		p.unregister(fd)
		fdmap[fd].close()
		del fdmap[fd]
	    else:
		print(data.decode())
		fdmap[fd].send('收到了'.encode())

epoll的用法：
使用方法：
代码基本与poll（见上）相同
1. 将生成对象的poll()函数变为
创建epoll对象：p = epoll()
2. 将register注册IO事件时，关注的事件类别改为epoll类别
添加关注：p.register(s,EPOLLIN | EPOLLERR)
区别：
epoll效率要高于poll和select
epoll的关注触发方式多一些

来源：CSDN

作者：雨醉东风

链接：https://blog.csdn.net/zhangxuelong461/article/details/104058872

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