IO模型简单了解

一、阻塞IO与非阻塞IO

IO的本质是基于操作系统接口来控制底层的硬件之间数据传输，并且在操作系统中实现了多种不同的IO 方式（模型），比较常见的有下列三种

阻塞型IO模型

非阻塞型IO模型

多路复用IO模型

二、阻塞型IO

当进程发出IO请求后，阻塞进程(让进程进入睡眠状态)，资源就绪后唤醒进程继续执行。

注意：一般默认的 IO 操作都是阻塞型 IO  

三、非阻塞型IO 

 当进程发出IO请求后，无论资源是否就绪都会立即返回，相应的模型如下:

 实现非阻塞型IO，需要设置 O_NONBLOCK 标志，设置有两种方式

• 可以通过调用 fcntl 函数来进行设置
• 通过open函数来进行设置，一般在打开文件时就需要设置

多路复用IO-select

设计思想

• 通过单进程创建一个文件描述符集合，将需要监控的文件描述符添加到这个集合中
• 由内核负责监控文件描述符是否可以进行读写，一旦可以读写，则通知相应的进程进行相应的I/O操作

实现方式

select多路复用I/O在实现时主要是以调用 select 函数来实现

多路复用IO-poll

多路复用poll的方式与select多路复用原理类似，但有很多地方不同，下面是具体的对比

• 在应用层是以结构体struct pollfd数组的形式来进行管理文件描述符，在内核中基于链表对数组进 行扩展；select方式以集合的形式管理文件描述符且最大支持1024个文件描述
• 
•  poll将请求与就绪事件通过结构体进行分开
• select将请求与就绪文件描述符存储在同一个集合中，导致每次都需要进行重新赋值才能进行下一 次的监控
• 在内核中仍然使用的是轮询的方式，与 select 相同，当文件描述符越来越多时,则会影响效率

 多路复用IO-epoll

poll相对于select与poll有较大的不同，主要是针对前面两种多路复用 IO 接口的不足

select/poll的不足:

• select 方案使用数组存储文件描述符，最大支持1024个
• select 每次调用都需要将文件描述符集合拷贝到内核中，非常消耗资源
• poll 方案解决文件描述符存储数量限制问题，但其他问题没有得到解决
• select / poll 底层使用轮询的方式检测文件描述符是否就绪，文件描述符越多，则效率越低

epoll优点：

• epoll底层使用红黑树，没有文件描述符数量的限制，并且可以动态增加与删除节点，不用重复拷贝
• epoll底层使用callback机制，没有采用遍历所有描述符的方式，效率较高

 方案图解

select与poll方案

 epoll方案