IO模式 select、poll、epoll

阻塞(blocking)、非阻塞（non-blocking）：最常聽到阻塞與非阻塞這兩個詞就是在函數調用中，好比waitid這個函數，經過NOHANG參數能夠把waitid設置爲非阻塞的，也就是問詢一遍子進程，看看有沒有可回收子進程，若是沒有，直接返回不等待，而若是不設置NOHANG，waitid會一直問詢子進程，直到有一個可回收子進程再返回，也就是說若是沒有子進程可回收，waitid會一直阻塞在這條函數調用上，後面的操做就沒法執行。若是把函數調用籠統的規劃到一個事件的執行，那麼阻塞與非阻塞的區別就是 是否僅僅只等待事件完成（事件返回）才進行下一步操做。好比 燒開水這個例子（參考資料中有提到），若是人從水壺開始燒水到水燒開這段時間一直在水壺前等待燒水，這就是阻塞，若是人比較聰明，在水壺燒水的過程當中，人去看電視了或者幹其餘事情了，這就是不阻塞的，可是在這種狀況下，人想要知道水是否燒開了，只能隔一段時間去看一下水壺「燒開了沒有？」，這個隔一段時間去看一下的方法 就是 輪詢。因此，再回到waitid這個例子，咱們設置NOHANG參數的時候，通常都要在waitid上加一個用於輪詢的循環。

同步(synchronous)、異步(asynchronous)：同步和異步，一開始看很容易把同步和阻塞的概念混淆在一塊兒，我傾向於將同步理解爲一種現象，而阻塞/非阻塞做爲這個現象中的某種狀態存在。同步和異步的區別，參考資料中的說法我以爲雖然把同步異步區別說出來了，可是同步和阻塞仍是很容易混淆。那我再對燒開水這個例子重寫一下以供參考，水壺分爲 普通水壺 和 智能水壺，普通水壺須要人手工操做，須要人判斷水是否燒開，水燒開了須要人把水壺從火上拿下來（否則會溢出來），而智能水壺提供兩個做用，水燒開後自動關火而且發出響聲提示人水已經燒好。燒開水就分爲了兩個過程，等待水開和拿開水壺，首先說同步和異步，同步就是使用普通水壺燒水，水燒開後須要人主動拿開水壺，而等待水燒開的這個過程能夠是阻塞（站那等）的和非阻塞（看電視輪詢）的，整個操做須要人的全程參與；異步就是使用智能水壺燒水，等待水開的過程人能夠幹任何事（即異步自己就是非阻塞的，因此異步並不區分阻塞/非阻塞）而且人不用關心水是否燒開（敲重點），水燒開後，智能水壺會發出響聲提示人（發出信號），這完成了等待水開這第一過程，緊接着，智能水壺會自動關火，這代替了人拿開水壺的這個動做完成了第二過程。能夠發現，同步整個過程須要人全程參與，而異步整個過程是兩個「人」在作，一個「人」就是這個智能水壺，一我的就是始終在作其餘事的人，這我的將燒開水這件事託管給了智能水壺由智能水壺完成一切過程，最後提示人完成了。所以，判斷同步只須要看，事件的監管和完成方是否是事件發起者便可。

在接下來即將要說到的IO操做中，異步IO就是進程將IO操做徹底交由內核控制，由內核中的DMA控制器完成所有IO操做並在完成後經過信號提示進程IO操做已完成，這也是兩個「人」的事情，進程將IO託管給DMA控制器，而進程又能夠幹其餘的事，兩者在不一樣的事件上各自執行操做，是並行的。

IO模式：

好比對於一個read操做發生時,它會經歷下面兩個階段:

A, 等待數據準備,數據是否拷貝到內核緩衝區;

B, 將數據從內核拷貝到用戶進程空間

若是把這兩個階段對應到前文中我寫的燒開水的兩個過程當中，對於下面的幾種IO模式就容易理解的多。

《Unix網絡編程卷1：套接字聯網API》（即UNP）中第六章對unix 系統將IO模型分爲五類：阻塞IO，非阻塞IO，IO複用，信號驅動，異步IO。

一、阻塞IO：A階段阻塞等待，進程調用recvfrom詢問內核數據是否準備好，直到數據準備好再返回。（注意：由內核監聽數據，進程詢問內核數據是否準備好）

二、非阻塞IO：A階段非阻塞等待，即採用輪詢機制（即進程不斷的詢問內核數據是否準備好（不斷調用recvfrom），這麼作每每消耗大量CPU時間）判斷數據是否拷貝到內核緩衝區。

三、IO複用：IO複用技術是對阻塞IO的改進，首先非阻塞大量消耗CPU，不予考慮。在數據準備階段，內核監聽一個IO也好，監聽一羣IO也好，都在監聽，所以複用，就是內核同時監聽進程的多個IO操做，在進程詢問時返回有數據到來的IO。此時進程不是阻塞在recvfrom上，而是阻塞在IO複用系統調用——select、poll、epoll上，這幾個系統調用會在所監聽的全部IO中某個或某幾個有數據到來時返回。

多路IO共用一個同步阻塞接口，任意IO可操做均可激活IO操做，這是對阻塞IO的改進(主要是select和poll、epoll,關鍵是能實現同時對多個IO端口進行監聽)。此時阻塞發生在select/poll的系統調用上，而不是阻塞在實際的I/O系統調用上。IO多路複用的高級之處在於:它能同時等待多個文件描述符，而這些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一個進入讀就緒狀態，select等函數就能夠返回。

四、信號驅動：

註冊一個IO信號事件，在數據可操做時經過SIGIO信號通知線程，這應該算是一種異步機制；

五、異步IO：進程通知內核完成一個IO操做，由內核完成A+B階段後通知進程。

參考中的這張圖很好的解釋了上述5種IO模型。

 

 

 

POSIX將IO只分紅了同步IO、異步IO兩種模型。

同步I/O操做：實際的I/O操做將致使請求進程阻塞，直到I/O操做完成。

異步I/O操做：實際的I/O操做不致使請求進程阻塞。

由此，阻塞式I/O，非阻塞式I/O，I/O複用，信號驅動I/O模型都屬於同步I/O，由於第二階段的數據複製都是阻塞的，也能夠理解爲都由進程完成。而只有異步I/O模型屬於這裏的異步I/O操做（IO由內核完成）。

參考資料：知乎Linux分享官

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《Unix網絡編程卷1：套接字聯網API（第3版）》6.2 IO模型