​​Блокировка ввода/вывода для самых маленьких

Я думаю, многие встречали это: I/O. Практически у всех начинающих разработчиков эта конструкция вызывает шок и подёргивание правого глаза. Но на самом деле это очень просто, сейчас объясню.

Эта мифическая запись, на самом деле, — просто сокращение записи Input/Output. И, казалось бы, тайна раскрыта, расходимся. И всё конечно очень просто, но не на столько.

Почему это понятие важно? Почему так часто встречается?

Практически во всех языках программирования существует такое понятие, как блокировка ввода/вывода, или I/O Block. И на самом деле, существует два вида операций — блокирующие и неблокирующие. Такое разделение нужно для избежания ошибок в ходе работы компьютера.

В неблокирующих операциях всё одновременно сложно и просто. Мы можем выполнять любые действия, но у них нет гарантированной последовательности. Для максимально бытового примера возьмём моё утро:

Я просыпаюсь и хочу позавтракать. Иду на кухню и ставлю кипятиться свой чайник. Для меня эта операция неблокирующая. Я не буду как истукан стоять и смотреть на чайник, пока он даст мне результат запроса — горячую воду. Пока чайник занят делом, я приведу себя в порядок, например, схожу почистить зубы и умоюсь. Это ещё ряд операций. После этого я вернусь на кухню и увижу, что чайник всё еще работает. Тогда я возьму свою кружку, приготовлю заварник и рано или поздно услышу характерный щелчок кнопки чайника. Этим звуком он оповестил меня, что результат готов. Операция закончена.

На уровне ОС всё так же: допустим, что нам нужно прочитать файл. Программа сделает неблокирующий запрос в ОС и скажет «дай мне файл вот по этому адресу». Но вместо ожидания результат она пойдет и посчитает мне факториал. После этого снова обратится к ОС и спросит «результат уже готов?». ОС ответит, что нет, а моя программа не обидится и сделает ещё некоторые операции. Тогда ОС либо оповестит мою программу о готовом результате, или моя программа сама спросит это, не важно. Суть в другом.

Вместо того, чтобы ждать, мы сделали ещё кучу всего полезного. В итоге вся последовательность действий заняла меньше времени, чем если бы эти действия выполнялись синхронно.

Если бы моё утро было синхронным, то я бы пришёл на кухню, включил чайник и завис. Всё, я больше ничего не могу делать. Я смотрю на чайник и жду пока он закончит. Только потом сделал бы всё остальное.

И эти концепции опускаются куда ниже уровня современных языков программирования или быта. Мы опустимся на уровень ОС и управления потоками.

С блокирующим вводом-выводом вы просите ОС «усыпить» ваш поток и «разбудить» его только после того, как данные из файла будут доступны для чтения.

То есть блокирующий ввод-вывод называется так, потому что поток, который его использует, блокируется и переходит в режим ожидания, пока ввод-вывод не будет завершён.

И неблокирующие операции, конечно, позволяют выполнять некоторые действия быстрее, но проблема с ними заключается в том, что работать с ними на самом деле не удобно. Всё только в теории круто, а на практике куча нюансов. Для примера возьмём Python и рассмотрим код:

number = input('Введите число: ')

print(int(number) * 2)

Мы запрашиваем у пользователя число и как результат выводим его же, умноженное на два. Если бы input не был блокирующей операцией, а он такой является, то программа пошла бы и уже что-то вывела. Но зачем? Что в таком случае будет в number, если пользователь еще ничего не ввёл? Как много вопросов, но так мало ответов...

В общем, блокировка ввода/вывода — это приказ ждать данных. Огромный рассказ вышел, но зато мне кажется, после этого невозможно не понять.

Возможно для многих эта информация будет очевидной, но не все ведь такие, как вы, да?

Спасибо за прочтение, это важно для меня ❤️

#theory