一、相關(guān)概念
- 流
可以進(jìn)行I/O操作的內(nèi)核對(duì)象，如文件、套接字socket、管道pipe
二、同步異步、阻塞非阻塞
同步
發(fā)出一個(gè)同步功能調(diào)用時(shí)，在得到結(jié)果之前該調(diào)用就不返回。也就是必須一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。
異步
發(fā)出一個(gè)異步功能調(diào)用時(shí)，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果，但仍然返回調(diào)用并繼續(xù)執(zhí)行其他功能。實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過狀態(tài)、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者。
阻塞
阻塞調(diào)用的結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起（線程進(jìn)入非可執(zhí)行狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)下，cpu不會(huì)給線程分配時(shí)間片，即線程暫停運(yùn)行）。函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會(huì)返回。
- 阻塞與同步的區(qū)別：當(dāng)前線程是否仍然處于激活狀態(tài)
【同步】到A樓（內(nèi)核緩沖區(qū)）取快遞，但是不知道快遞什么時(shí)候過來，但又不能干別的事，只能死等著。
【阻塞】但你可以在A樓睡覺（進(jìn)程處于休眠狀態(tài)），因?yàn)槟阒揽爝f把貨送來時(shí)一定會(huì)給你打個(gè)電話叫醒你。
非阻塞
非阻塞調(diào)用的結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)立刻返回，不會(huì)阻塞當(dāng)前線程。
- 同步和異步的區(qū)別
數(shù)據(jù)訪問的時(shí)候進(jìn)程是否阻塞。指當(dāng)server端的進(jìn)程需要訪問的數(shù)據(jù)如果尚未就緒，進(jìn)程是否需要等待。 - 阻塞和非阻塞的區(qū)別
應(yīng)用程序的調(diào)用是否立即返回。是client端訪問數(shù)據(jù)的機(jī)制。
三、linux下的五種IO模型
前四種屬于同步，第五種為異步。
1、阻塞I/O（blocking I/O）
應(yīng)用程序調(diào)用一個(gè)IO函數(shù)，導(dǎo)致應(yīng)用程序阻塞，等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。
在socket編程中，當(dāng)調(diào)用recv()函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)首先查是否有準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好，那么系統(tǒng)就處于等待狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，將數(shù)據(jù)從系統(tǒng)緩沖區(qū)復(fù)制到用戶空間，然后該函數(shù)返回。
2、非阻塞I/O （nonblocking I/O）
把一個(gè)SOCKET接口設(shè)置為非阻塞就是告訴內(nèi)核，當(dāng)所請(qǐng)求的I/O操作無(wú)法完成時(shí)，不要將進(jìn)程睡眠，而是返回一個(gè)錯(cuò)誤。這樣I/O操作函數(shù)將不斷的測(cè)試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，如果沒有準(zhǔn)備好，繼續(xù)測(cè)試，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。在這個(gè)不斷測(cè)試的過程中，會(huì)大量的占用CPU的時(shí)間。
在調(diào)用recv()時(shí)，如果沒有數(shù)據(jù)也不要讓線程睡眠，而應(yīng)該立即返回，該函數(shù)返回一個(gè)錯(cuò)誤代碼。然后繼續(xù)調(diào)用recv()函數(shù)，繼續(xù)返回錯(cuò)誤碼……直到緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，recv返回正確碼。
3、 I/O復(fù)用(select 和poll) （I/O multiplexing）
關(guān)鍵是能實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)IO端口進(jìn)行監(jiān)聽。
主要使用了select、poll、epoll三個(gè)函數(shù)，它們會(huì)使進(jìn)程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的是，可以同時(shí)阻塞多個(gè)I/O操作，而且可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作、多個(gè)寫操作的I/O函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫時(shí)，才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)。
4、信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O （signal driven I/O (SIGIO)）
首先允許套接口進(jìn)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O，并安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù)，進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行并不阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，進(jìn)程會(huì)收到一個(gè)SIGIO信號(hào)，可以在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用I/O操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)。
5、異步I/O （asynchronous I/O）
當(dāng)一個(gè)異步過程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果。實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過狀態(tài)、通知和回調(diào)來通知調(diào)用者的輸入輸出操作
四、IO復(fù)用中的select、poll、epoll
select，poll，epoll都是IO多路復(fù)用的機(jī)制。
I/O多路復(fù)用就通過一種機(jī)制，可以監(jiān)視多個(gè)描述符，一旦某個(gè)描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程序進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。但select，poll，epoll本質(zhì)上都是同步I/O，因?yàn)樗麄兌夹枰谧x寫事件就緒后自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫，也就是說這個(gè)讀寫過程是阻塞的，而異步I/O則無(wú)需自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫，異步I/O的實(shí)現(xiàn)會(huì)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶空間。
select：O(n)
無(wú)差別輪詢所有流，找出能讀出數(shù)據(jù)，或者寫入數(shù)據(jù)的流，對(duì)他們進(jìn)行操作。
單個(gè)進(jìn)程可監(jiān)視的端口fd數(shù)量被限制，具體數(shù)目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位機(jī)默認(rèn)是1024個(gè)。64位機(jī)默認(rèn)是2048。
poll：O(n)
本質(zhì)操作與select無(wú)差別，區(qū)別是poll基于鏈表來存儲(chǔ)的，無(wú)最大連接數(shù)的限制。
epoll：O(1)
事件驅(qū)動(dòng)的event poll，不需要無(wú)差別輪詢，epoll會(huì)把哪個(gè)流發(fā)生了怎樣的I/O事件通知我們。
epoll有EPOLLLT和EPOLLET兩種觸發(fā)模式，LT是默認(rèn)模式，ET是高速模式。
- LT模式（水平觸發(fā)）
只要這個(gè)fd還有數(shù)據(jù)可讀，每次epoll_wait都會(huì)返回它的事件，提醒用戶程序去操作 -
ET模式（邊緣觸發(fā)）
它只會(huì)提示一次，下次再有數(shù)據(jù)流入前都不會(huì)再提示了，無(wú)論fd中是否還有數(shù)據(jù)可讀。所以在ET模式下，read一個(gè)fd的時(shí)候一定要把它的buffer讀光，也就是說一直讀到read的返回值小于請(qǐng)求值，或者遇到EAGAIN錯(cuò)誤。
LT和ET的區(qū)別
