目錄

前言

文件描述符

為什么要多種io模型

同步IO

1.阻塞IO

2.非阻塞IO

3.多路復用IO（事件驅動IO）

select:

poll：

epoll：

4.信號驅動IO

異步IO

區別

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前言

文件描述符

首先我們了解一下文件描述符是什么：在linux下一切皆文件，進程是通過文件描述符(file descriptors)來訪問文件的，。默認有三個文件描述符：0(標準輸入)，1(標準輸出)，2(標準錯誤)。再打開一個新的文件的話，它的文件描述符就++。

為什么要多種io模型

網絡IO，會涉及到兩個系統對象，一個是用戶空間調用IO的進程或線程，另一個是內核空間的內核系統，比如發生IO操作read時，它會經歷兩個階段。

1.等待數據準備就緒2.將數據從內核拷貝到進程或線程中

因為在以上兩個階段上各有不同的情況，所以出現了多種網絡 IO 模型。

同步IO

1.阻塞IO

在linux下，所有socket默認都是阻塞的，我要向一個文件描述符做read操作，此時內核里沒有數據就緒，那么這個時候用戶進程就會阻塞，直到內核數據就緒了，會將數據從內核拷貝到用戶內存，然后返回結果，此時用戶進程解除阻塞狀態。

優點：開發簡單，在阻塞期間用戶線程掛起，掛起不會占用CPU資源。

缺點：不適合大并發，開銷會非常大。

但是如果有多個client阻塞IO就不適用了，所以引用了多線程，但是如果數據規模太大了，會很占用系統資源，而且線程和進程容易進入假死狀態。如果用線程池的話，數據規模非常非常大，線程池可能緩解部分壓力，但是不能解決所有問題，所以我們要引入其它io模型。

2.非阻塞IO

設置socket為非阻塞，如果內核還未將數據準備好,系統調用仍然會直接返回。我要向一個文件描述符做read操作，如果有數據，則成功讀取返回，如果沒有數據，也返回，但帶上錯誤碼。使用這種方式的話，我們做讀取，就必須每隔一段時間去看看，叫非阻塞輪詢檢測。

但是輪詢提高CPU占用率，并且系統也提供了select（）多路復用模式，可以一次檢測多個連接是否活躍，所以非阻塞IO一般在特定場景使用。

優點：每次發起 IO 調用，在內核等待數據的過程中可以立即返回，用戶線程不會阻塞，實時性好

?缺點：多個線程不斷輪詢內核是否有數據，占用大量 CPU 資源，效率低。

3.多路復用IO（事件驅動IO）

單個進程/線程就可以同時處理多個IO請求，一個進程/線程可以監視多個文件句柄。

而多路復用IO利用了操作系統提供的一些機制，如select、poll、epoll，來同時監視多個I/O事件的狀態。

select:

底層是數組，采用輪詢，當用戶進程調用了 select（每次調用select()方法，都需要把 fd 集合從用戶態拷貝到內核態，并進行遍歷。），那么整個進程會被阻塞，一旦某個文件句柄就緒，select 就會返回。這個時候用戶進程再調用 read 操作，將數據從內核拷貝到用戶進程。

poll：

poll用鏈表方式存fd，沒有最大數量fd限制，其余和select一樣。

epoll：

只會返回就緒的文件描述符，而不是遍歷整個文件描述符集合。

紅黑樹方式存fd，沒有最大數量fd限制，可保存所有待檢測的socket，所以只需要拷貝一次，減少了內核和用戶空間大量的數據拷貝和內存分配，回調方式不是輪詢，不會因為fd增多性能下降。缺點：只能在Linux下工作。

這里補充一個知識點：

Reactor（反應堆），三部分組成，多路復用器（同時阻塞io socket），事件派發，事件處理（回調處理）。

4.信號驅動IO

內核將數據準備好的時候，使用SIGIO信號通知應用程序進行IO操作。

異步IO

用戶進程發起操作之后，就可以開始去做其它的事。而另一方面，當內核收到read后首先它會立刻返回，所以不會對用戶進程產生任何阻塞。然后內核會等待數據準備完成，然后將數據拷貝到用戶內存，然后會給用戶進程發送一個信號，告訴它操作完成了。

區別

阻塞IO，非阻塞IO，多路復用IO，信號驅動IO這四種的主要區別在第一階段，他們在第二階段是一樣的：數據從內核緩沖區復制到調用者緩沖區期間都被阻塞住。異步 IO 都是非阻塞。

同步和異步，看是誰把內核緩沖區數據拷貝到用戶緩沖區的，如果不是自己寫代碼實現的，那就是異步。