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Linux IO模式及select、poll、epoll详解
系统调用、用户空间、内核空间
为了保证操作系统的安全，将内存划分为内核空间和用户空间。内核空间的进程，可以访问硬件执行IO等操作，用户空间的进程只能通过系统调用来访问IO等系统资源。
IO模型的区分依据
对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后再拷贝到应用程序的地址空间。
所以，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段
- 等待数据准备（Waiting for the data to be ready）
- 将数据从内核拷贝到进程中（Copying the data from the kernel to the process）
正是因为这两个阶段，linux系统产生了下面五种网络模型：
- 阻塞IO
- 非阻塞IO
- IO多路复用
- 信号驱动IO
- 异步 IO
阻塞IO
在linux下，默认情况下所有的socket都是blocking的，流程如下图所示：
阻塞IO流程图.png
进程调用recvfrom系统调用来读取数据，这是如果还没有到达，进程就进入阻塞状态。等数据到达后完成到内核去的拷贝，再从内核拷贝到用户空间，用户进程才解除阻塞状态。
特点：在IO执行的两个阶段进程都会都阻塞
非阻塞IO
非阻塞IO流程图.png
执行非阻塞io系统调用时，如果内核中的数据还没有准备好，会直接返回，不会阻塞。通过进程不断查询，直到数据在内核中就绪，便开始拷贝到用户空间。拷贝的过程中，进程还是被阻塞了，所有非阻塞IO也是同步IO。
特点：需要进程不断地主动询问kernel数据是否准备好了
IO多路复用
IO多路复用流程-以select为例.png
单个进程处理多个网络连接IO，使用select\poll\epoll三种系统调用，不断轮询所有的连接，如果有数据到达内核则通知进程，进行数据拷贝到用户内存。
当调用select时，进程会进入阻塞状态，直到有数据到达。
这个图看起来和阻塞IO区别不大，甚至还多使用了一个系统调用
但它的优势在于可以同时监控多个IO连接。
所以，如果连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web servet性能更好。多路IO复用的优势并不是对于单个连接能处理的更快，而在于能处理更多的连接。
异步IO
linux下的异步io使用的很少，其流程如下：
异步IO流程图.png
发起read操作后进程立马返回，整个Io过程不会产生任何block。kernel会等等数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存。当这一切都完成后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。
阻塞IO和非阻塞IO的区别
调用blocking io会一直block进程直到操作完成
no-blocking io在kernel准备数据的阶段是会立刻返回的
同步和异步的区别
只有异步IO是异步IO，
其他3种：阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO都是同步的。
这是因为其他三种IO在执行真实IO操作的过程中都有进程阻塞的阶段，而异步IO在整个过程中进程都没有被阻塞。非阻塞IO在内核数据就绪，拷贝到用户空间的阶段也是阻塞的，因此也是同步IO。
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