Сетевые системы - в чем разница между «блокирующим» и «неблокирующим» протоколом?

Question

В компьютерных сетях - и в целом ряде других областей - я слышу много ссылок на термины «блокирование», «неблокирование», «синхронный» и «асинхронный».Мне было интересно, мог ли кто-нибудь объяснить довольно простыми / простыми словами, что они должны означать?

Answer 1

«Блокирующий» вызов «блокирует» программу, которая вызывает его, пока не завершится.Ваша программа должна ждать, пока она выполнит (что угодно), прежде чем будет выполнен следующий оператор.Большинство вызовов функций являются «блокирующими», например, set x to 4 + 4 не перейдет к следующему оператору, пока не вычислит значение 8 и не присвоит его x.Аналогично, блокирующий или синхронный сетевой метод будет удерживать вызывающую программу до ее завершения.В случае чего-то вроде «отправить пакет в удаленную систему» ​​это время может быть измерено в секундах или дольше вместо микросекунд (или меньше), которые потребляет арифметика.

A «неблокирование»"или асинхронный метод обычно вместо этого либо помещает свои результаты в" почтовый ящик "или" очередь "какого-либо вида, либо (чаще) вызывает функцию, которую вы предоставляете после ее завершения.Это часто / обычно лучше для программы, которая делает что-то еще (например, отображает пользовательский интерфейс), ожидая завершения относительно медленного сетевого процесса.

При доступе к относительно быстрым локальным службам, таким как локальный дискВвод / вывод, межпроцессное взаимодействие на одном компьютере или отправка вывода на локальный дисплей, иногда предпочтительнее блокирование ввода / вывода, поскольку его проще писать.

Пример блокировки ввода / вывода в сети:

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…

против:

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"

Асинхронный ввод-вывод почти всегда используется и на уровне приложений для программирования GUI.Например, терминальная (потоковая) программа может быть синхронной в ожидании ввода пользователя, в то время как программа с графическим интерфейсом может быть асинхронной, что позволяет вам произвольно выбирать различные элементы управления или выполнять другие действия (например, изменение размера окна), которые требуют от него принимать сообщенияразного времени с помощью либо методов обратного вызова, либо обработчиков событий, которые более или менее равносильны тому же типу вещи, что и в примере с обратным вызовом сети, описанным выше.

Answer 2

В чем заключается основная проблема?

Подсистемы ввода-вывода обычно имеют на несколько порядков большие задержки, чем простая обработка команд (в ЦП).Эта задержка также недетерминирована (хотя, конечно, в известных пределах).

Подсистемы ввода-вывода также обычно (все?) Независимы от системного процессора.Хотя это положительно в том смысле, что оно допускает одновременные действия в отдельных (hw) компонентах системы, оно также подчеркивает тот факт, что системе в целом также необходимо соединить отдельные компоненты ввода-вывода и ЦП, обеспечивая передачу данных и управляющей информации.

Как обобщение, мы говорим о взаимодействии взаимосвязанных (активных) компонентов .Как правило, это отношение «ведущий / ведомый», но это , а не общий случай, например, это относится и к одноранговому соединению.

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

(Обратите внимание, что 'устройство может быть памятью, сетью, диском или другим процессом. Далее обратите внимание, что здесь есть 3 подсистемы, «шина» или «соединение» между двумя одноранговыми узлами - это также система с задержками, пропускной способностью, емкостью и т. д.)

Термины синхронный, асинхронный, блокирующий и неблокирующий , адрес и определение семантики связи / межсоединения между двумя связаннымикомпоненты.

• Блокировка и неблокирование

Эти термины относятся к семантика вызовов .

При блокирующем вызове компонент, инициирующий обмен , приостанавливает всю активность до тех пор, пока передача управления и / или данных другому компоненту не будет завершена.

При неблокирующем вызове компонент, который инициирует обмен, в основном выполняет пожар и (возможно) забывает.

• Синхронный и асинхронный

Эти термины относятся к шаблонам взаимодействия (протокол).

В синхронном взаимодействии двакомпонент будет действовать в режиме блокировки, и взаимодействие будет полностью детерминированным. По сути, мы можем сказать, что существует известный, детерминированный и конечный набор действий, которые будут происходить при синхронном обмене между компонентами.

В асинхронном взаимодействии два компонентане координируются в шаге блокировки (так называемый асинхронный). По сути, мы можем сказать, что существует неизвестный набор действий, которые могут произойти в любом компоненте в ходе завершения обмена.

Скорее всего, было бы понятно добавить "ответ"«к этим терминам, например,« Синхронный ответ », так как это полностью излагает общую идею и устраняет неоднозначность синхронизации от блокировки (что является распространенной концептуальной ошибкой).

• Примечание

Как указано выше, очевидно, у нас есть пространство проектирования системы, которое является перестановкой {block, non-block} X {synch, asynch}.Например, система может использовать неблокирующую семантику вызовов с асинхронным протоколом.

Обсуждение

В целом справедливо сказать, что мыПрограммисты-люди предпочитают последовательные и полностью детерминированные модели: их проще представить, развить или обмануть, откровенно говоря.

Но, будучи системными фанатами, нам также нравятся эффективность и производительность , верно?

В соответствии с нашей диаграммой выше, мы отмечаем 3 различные (и обе независимые) подсистемы.Разве не было бы неплохо, если бы вышеприведенный «процессор» мог сказать «шине» «отправить xyz в dev», а , а не дождаться, пока шина ответит: «Хорошо, я сделал это»?Это был бы неблокирующий звонок.(Обратите внимание, что он никоим образом не обращается к протоколу синхронизации или асинхронного протокола!)

Кроме того, что если общая система выиграет, если «процессору» придется выполнять какую-то другую работу, ожидая ответа для завершения обмена?Это был бы асинхронный обмен.