I/O複用及epoll基礎知識

IO multiplexing

IO multiplexing這個詞可能有點陌生，可是若是我說select，epoll，大概就都能明白了。有些地方也稱這種IO方式爲event driven IO。咱們都知道，select/epoll的好處就在於單個process就能夠同時處理多個網絡鏈接的IO。它的基本原理就是select/epoll這個function會不斷的輪詢所負責的全部socket，當某個socket有數據到達了，就通知用戶進程。它的流程如圖：

當用戶進程調用了select，那麼整個進程會被block，而同時，kernel會「監視」全部select負責的socket，當任何一個socket中的數據準備好了，select就會返回。這個時候用戶進程再調用read操做，將數據從kernel拷貝到用戶進程。
這個圖和blocking IO的圖其實並無太大的不一樣，事實上，還更差一些。由於這裏須要使用兩個system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只調用了一個system call (recvfrom)。可是，用select的優點在於它能夠同時處理多個connection。（多說一句。因此，若是處理的鏈接數不是很高的話，使用select/epoll的web server不必定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延遲還更大。select/epoll的優點並非對於單個鏈接能處理得更快，而是在於能處理更多的鏈接。）
在IO multiplexing Model中，實際中，對於每個socket，通常都設置成爲non-blocking，可是，如上圖所示，整個用戶的process實際上是一直被block的。只不過process是被select這個函數block，而不是被socket IO給block。

 

四種常見的I/O模型：阻塞I/O, 非阻塞I/O, I/O複用，異步I/O。

詳見UNP Ch6.2或下面ref。

ref1: http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378

ref2: http://www.cnblogs.com/Anker/p/3254269.html

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epoll的LT和ET模式

epoll是IO複用技術，自己是阻塞模式，可是它能同時監聽多個文件描述符所以能高效處理IO。
LT模式（水平觸發）：當epoll_wait檢測到監聽文件描述符上有事件發生時通知應用程序，應用程序能夠不當即處理該事件，下次調用epoll_wait時該事件還會被通告直到該事件被處理;

ET模式（邊緣觸發）：當epoll_wait檢測到事件發生告知應用程序後應用程序必須當即處理該事件，後續的epoll_wait將不會再向應用程序告知這一事件。

兩者的差別在於：

level-trigger模式下只要某個socket處於readable/writable狀態【至關於只要電平值是1】，不管何時進行epoll_wait都會返回該socket；

而edge-trigger模式下只有某個socket從unreadable變爲readable或從unwritable變爲writable時【至關於電平由0變成1那一瞬間】，epoll_wait纔會返回該socket。在epoll的ET模式下，正確的讀寫方式爲:讀：只要可讀，就一直讀，直到返回0，或者 errno = EAGAIN;寫:只要可寫，就一直寫，直到數據發送完，或者 errno = EAGAIN。

ET模式在很大程度上減小了epoll事件被重複觸發的次數，所以效率要比LT模式高。epoll工做在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以免因爲一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操做把處理多個文件描述符的任務餓死。 （？）

 

ref1： http://blog.csdn.net/liuxuejiang158blog/article/details/12290725

ref2：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3263780.html

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 select、poll、epoll之間的區別總結 ref  ref2

select和poll都須要在返回後，經過遍歷文件描述符集來獲取已經就緒的socket。事實上，同時鏈接的大量客戶端在一時刻可能只有不多的處於就緒狀態，所以隨着監視的描述符數量的增加，其效率也會線性降低。

epoll不一樣於select和poll輪詢的方式，而是經過每一個fd定義的回調函數來實現的。只有就緒的fd纔會執行回調函數。

 

select，poll，epoll本質上都是同步I/O，由於他們都須要在讀寫事件就緒後本身負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的;

而異步I/O則無需本身負責進行讀寫，異步I/O的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。

 

比較同步、異步、阻塞、非阻塞

阻塞，非阻塞：進程/線程要訪問的數據未就緒時，進程/線程是否須要等待；
同步，異步：訪問數據的方式。同步須要主動讀寫數據，在讀寫數據的過程當中仍是會阻塞；異步只須要I/O操做完成的通知，並不主動讀寫數據，由操做系統內核完成數據的讀寫。

 

對unix來說：阻塞式I/O(默認)，非阻塞式I/O(nonblock)，I/O複用(select/poll/epoll)都屬於同步I/O，由於它們在數據由內核空間複製回進程緩衝區時都是阻塞的(不能幹別的事)。只有異步I/O模型(AIO)是符合異步I/O操做的含義的，即在(1) 數據準備完成 (2) 由內核空間拷貝回緩衝區後 通知進程，在等待通知的這段時間裏能夠幹別的事。

 

ref: http://www.zhihu.com/question/19732473