async 與 non-blocking IO

以前一直沒有分清楚 asynchronous 和 non-blocking 的差異, 寫久了以後才明白兩者是不同層次的東西。

• asynchronous programming: 程式不是一條線走到底, 可能目前做到一個段落停下來, 「過一會兒」再繼續執行
• non-blocking IO: 呼叫讀寫函式時, 不會等到完成才返回

通常要讀寫外部資料時 (一般檔案、網路、pipe 等) , 無法確定返回的時間, 這樣會阻擋程式的運作, 所以希望這個讀取 (或寫入) 不要等完成後才返回 (即「非同步」)。

若不希望此次呼叫有不確定時間的擔擱, 有兩種可能的作法:

• 開新 thread 或用既有的 thread 進行讀寫。總之, 停是停別人家的 thread, 和本 thread 無關
• 設定 file descriptor 為 O_NONBLOCK, 告訴 OS 這個 fd 為 non-blocking IO, 呼叫後要能立即返回

兩者作法的優缺點分析已超出本「隨手記」的範圍 (書本作者愛用的大絕), 需要特別注意的是, 設了 O_NONBLOCK 不表示呼叫 read/write 後就結束了。

man 2 read (或 man 2 write) 的 ERRORS 提到:

• EAGAIN The file descriptor fd refers to a file other than a socket and has been marked nonblocking (O_NONBLOCK), and the read would block.
• EAGAIN or EWOULDBLOCK The file descriptor fd refers to a socket and has been marked nonblocking (O_NONBLOCK), and the read would block. POSIX.1-2001 allows either error to be returned for this case, and does not require these constants to have the same value, so a portable application should check for both possibilities.

意思是說:

• 此招對實體檔案無效 (為了檔案讀寫效能, 一次做完可減少硬碟更動讀寫頭的時間)
• 對 socket 仍有可能失效, 記得用 select / epoll 之類的 system call 請系統在有機會完成 non-blocking 操作時通知你。也就是說, 系統只保證此次呼叫不會 block 你, 不保證此次呼叫一定會成功。由開發者持續嘗試呼叫, 總有完成的時候。