网络系统 - “阻塞”和“阻塞”之间有什么区别？和“非阻塞”协议？

Question

在计算机网络中 - 实际上在许多其他领域 - 我听到很多对术语“阻塞”、“非阻塞”、“同步”和“异步”的引用。我想知道是否有人可以用非常简单/简单的术语解释这些应该意味着什么？

Answer 1

“阻塞”调用会“阻塞”调用它的程序，直到它完成。您的程序必须等待它完成（无论如何）才能运行下一条语句。大多数函数调用都是“阻塞”的，例如，set x to 4 + 4 在计算出 8 的值并将其分配给x。同样，阻塞或同步网络方法将阻止调用程序直到完成。在“将数据包发送到远程系统”之类的情况下，这个时间可能以秒或更长的时间来测量，而不是算术消耗的微秒（或更短）。

相反，“非阻塞”或异步方法通常将其结果存储在某种“邮箱”或“队列”中，或者（更常见）将在完成时回调您提供的函数。对于在等待相对较慢的网络进程完成时执行其他任何操作（例如，显示用户界面）的程序来说，这通常/通常更好。

当访问相对较快的本地服务（例如本地磁盘 I/O、一台计算机上的进程间通信或将输出发送到本地显示器）时，阻塞 I/O 有时是首选，因为它更容易写入。

阻塞网络 I/O 的示例：

set web-page to (the result of) get url "http://www.google.com/"
in web-page, find <title>...</title>,
     assign this to google-title;
if not found,
     present a warning, and
     set google-title to "Google"
do something else…

对比：

get url "http://www.google.com/" and call back google-title-callback
do something else…

function google-title-callback, accepts web-page:
    in web-page, find <title>...</title>,
         assign this to google-title;
    if not found,
         present a warning, and
         set google-title to "Google"

异步 I/O 几乎也总是在应用程序级别用于 GUI 编程。例如，基于终端（流）的程序可能会同步等待用户输入，而 GUI 程序可能是异步的，允许您随机选择各种控件或执行需要其接受消息的其他操作（例如调整窗口大小）通过回调方法或事件处理程序，或多或少相当于与上面的网络回调示例相同类型的事情。

Answer 2

根本问题是什么？

IO 子系统的延迟通常比简单指令处理（在 CPU 中）高几个数量级。这种延迟也是不确定的（当然在已知范围内）。

IO 子系统通常（全部？）独立于系统处理器。虽然这是积极的，因为它允许系统的不同 (hw) 组件中的并发操作，但它也强调了这样一个事实：系统总体上还需要通过提供数据和控制信息传输来耦合不同的 IO 和 CPU 组件。

作为概括，我们正在讨论协作互连（主动）组件。通常，这是主/从关系，但这不是一般情况，例如，这也适用于对等连接。

+-----+                 +-----------+
| dev | <==== DATA ====>| processor |
|     | <---- ctrl -----| <master>  |
+-----+                 +-----------+

（请注意，“设备”可以是内存、网络、磁盘或其他进程。进一步注意，这里有 3 个子系统，两个对等点之间的“总线”或“连接”也是一个具有延迟、带宽、容量的系统等）

术语同步、异步、阻塞和非阻塞，解决并定义了两者之间的通信/互连的语义链接的组件。

• 阻止和非阻塞

这些术语解决了调用语义。

在阻塞调用中，启动交换的组件挂起所有活动，直到控制和/或数据到其他组件的传输完成。

在非阻塞调用中，发起交换的组件基本上执行“激发”并（可能）忘记。

• 同步&异步

这些术语涉及交互模式（协议）。

在同步交互中，两个组件将同步运行，并且交互是完全确定性的。 从根本上说，我们可以说，在组件之间的同步交换中将发生一组已知的、确定性的、有限的操作。

在异步交互中，两个组件不会以锁定方式进行协调-step（因此称为异步）。 从根本上讲，我们可以说在完成交换的过程中，任一组件中可能会发生一组未知的操作。

向这些术语附加“响应”可能会澄清，例如“同步响应”，因为这既充分阐明了总体思想，又消除了同步与阻塞的歧义（这是一个常见的概念错误）。

• 注意

根据上面的内容，显然我们有一个系统设计空间排列{块，非块} X {同步，异步}。例如，系统可以使用具有异步协议的非阻塞调用语义。

讨论

一般来说，可以公平地说，我们人类程序员更喜欢顺序且完全确定性的模型：坦率地说，它们更容易构思、开发或理解。

但是，作为系统极客，我们也喜欢效率和性能，对吗？

根据上图，我们注意到 3 个不同的（且都是独立的）子系统。如果上面的“处理器”可以告诉“总线”“将 xyz 发送到开发人员”并且不等到总线说“好吧，我做到了”，这不是很好吗？这将是一个非阻塞调用。 （请注意，它不会以任何方式解决同步或异步协议！）

此外，如果“处理器”在等待响应完成交换时必须做一些其他工作，整个系统会受益怎么办？这将是一个异步交换。