(7)I/O模型

前言：网服务端处理网络请求的典型过程

1）获取请求数据，客户端与服务器建立连接发出请求，服务器接受请求（1-3）；

2）构建响应，当服务器接收完请求，并在用户空间处理客户端的请求，直到构建响应完成（4）；

3）返回数据，服务器将已构建好的响应再通过内核空间的网络 I/O 发还给客户端（5-7）。

1、1）阻塞、非阻塞的讨论对象是调用者；

     2）同步、异步的讨论对象是被调用者。

2、recvfrom 函数：(经 Socket 接收数据)，这里把它视为系统调用。输入操作通常包括两个不同的阶段：

1）等待数据准备好；2）从内核向进程复制数据。

一、阻塞式 I/O 模型(blocking I/O）

一个人在钓鱼，当没鱼上钩时，就坐在岸边一直等。

优点：简单，阻塞等待数据期间进程/线程挂起，基本不会占用 CPU 资源。

缺点：每个连接需要独立的进程/线程单独处理，当并发请求量大时为了维护程序，内存、线程切换开销较大，实际生产中很少使用。

二、非阻塞式 I/O 模型(non-blocking I/O）

边钓鱼边玩手机，隔会再看看有没有鱼上钩，有的话就迅速拉杆。

优点：不会阻塞在内核的等待数据过程，每次发起的 I/O 请求可以立即返回，不用阻塞等待，实时性较好。

缺点：轮询将会不断地询问内核，这将占用大量的 CPU 时间，系统资源利用率较低，所以一般 Web 服务器不使用这种 I/O 模型。

三、多路复用模型(I/O multiplexing）

select可同时监听多个fd(文件描述符，每个网卡都是一个fd)状态(读写)，网卡没数据，轮训，有数据返回。两个系统调用

数量>10时候，select远远小于epoll

    select是阻塞：需要判断哪个sd可读，还需另一个系统把可读拿出来，

    poll/epoll：会返回哪个可读性，把可监听的集合放到红黑树中

bio是否可用不知道，多路复用相对来说加了多个检查

比喻：放了一堆鱼竿，在岸边一直守着这堆鱼竿，没鱼上钩就玩手机。

优点：可以基于一个阻塞对象，同时在多个描述符上等待就绪，而不是使用多个线程(每个文件描述符一个线程)，这样可以大大节省系统资源。

缺点：当连接数较少时效率相比多线程+阻塞 I/O 模型效率较低，可能延迟更大，因为单个连接处理需要 2 次系统调用，占用时间会有增加。

四、信号驱动式 I/O 模型（signal-driven I/O)

比喻：鱼竿上系了个铃铛，当铃铛响，就知道鱼上钩，然后可以专心玩手机。

优点：线程并没有在等待数据时被阻塞，可以提高资源的利用率。

缺点：信号 I/O 在大量 IO 操作时可能会因为信号队列溢出导致没法通知

五、异步 I/O 模型（AIO，asynchronous I/O）

优点：异步 I/O 能够充分利用 DMA 特性，让 I/O 操作与计算重叠。

缺点：要实现真正的异步 I/O，操作系统需要做大量的工作。目前 Windows 下通过 IOCP 实现了真正的异步 I/O。

总结、五种区别

越往后，阻塞越少，理论上效率也是最优。

这五种 I/O 模型中，前四种属于同步 I/O，因为其中真正的 I/O 操作(recvfrom)将阻塞进程/线程，只有异步 I/O 模型才与 POSIX 定义的异步 I/O 相匹配。

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