IO概念
Linux的内核将所有外部设备都可以看做一个文件来操作。那么我们对与外部设备的操作都可以看做对文件进行操作。我们对一个文件的读写，都通过调用内核提供的系统调用；内核给我们返回一个file descriptor（fd,文件描述符）。而对一个socket的读写也会有相应的描述符，称为socketfd(socket描述符）。描述符就是一个数字，指向内核中一个结构体（文件路径，数据区，等一些属性）。那么我们的应用程序对文件的读写就通过对描述符的读写完成。
linux将内存分为内核区，用户区。linux内核给我们管理所有的硬件资源，应用程序通过调用系统调用和内核交互，达到使用硬件资源的目的。应用程序通过系统调用read发起一个读操作，这时候内核创建一个文件描述符，并通过驱动程序向硬件发送读指令，并将读的的数据放在这个描述符对应结构体的内核缓存区中，然后再把这个数据读到用户进程空间中，这样完成了一次读操作；
但是大家都知道I/O设备相比cpu的速度是极慢的。linux提供的read系统调用，也是一个阻塞函数。这样我们的应用进程在发起read系统调用时，就必须阻塞，就进程被挂起而等待文件描述符的读就绪，那么什么是文件描述符读就绪，什么是写就绪？
读就绪：就是这个文件描述符的接收缓冲区中的数据字节数大于等于套接字接收缓冲区低水位标记的当前大小；
写就绪：该描述符发送缓冲区的可用空间字节数大于等于描述符发送缓冲区低水位标记的当前大小。（如果是socket fd，说明上一个数据已经发送完成）。
接收低水位标记和发送低水位标记：由应用程序指定，比如应用程序指定接收低水位为64个字节。那么接收缓冲区有64个字节，才算fd读就绪；
综上所述，一个基本的IO，它会涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的进程对象，另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：
- 通过read系统调用想内核发起读请求。
- 内核向硬件发送读指令，并等待读就绪。
- 内核把将要读取的数据复制到描述符所指向的内核缓存区中。
- 将数据从内核缓存区拷贝到用户进程空间中。
IO模型
最流行的I/O模型是阻塞I/O模型，缺省情形下，所有文件操作都是阻塞的。我们以套接口为例来讲解此模型。在进程空间中调用recvfrom，其系统调用直到数据报到达且被拷贝到应用进程的缓冲区中或者发生错误才返回，期间一直在等待。我们就说进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内是被阻塞的。
2、非阻塞I/O模型
进程把一个套接口设置成非阻塞是在通知内核：当所请求的I/O操作不能满足要求时候，不把本进程投入睡眠，而是返回一个错误。也就是说当数据没有到达时并不等待，而是以一个错误返回。
3、I/O复用模型
linux提供select/poll，进程通过将一个或多个fd传递给select或poll系统调用，阻塞在select;这样select/poll可以帮我们侦测许多fd是否就绪。但是select/poll是顺序扫描fd是否就绪，而且支持的fd数量有限。linux还提供了一个epoll系统调用，epoll是基于事件驱动方式，而不是顺序扫描,当有fd就绪时，立即回调函数rollback；
4、信号驱动异步I/O模型
首先开启套接口信号驱动I/O功能, 并通过系统调用sigaction安装一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。当数据报准备好被读时，就为该进程生成一个SIGIO信号。随即可以在信号处理程序中调用recvfrom来读数据报，井通知主循环数据已准备好被处理中。也可以通知主循环，让它来读数据报。
5、异步I/O模型
告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后(包括将数据从内核拷贝到用户自己的缓冲区)通知我们。这种模型与信号驱动模型的主要区别是：信号驱动I/O：由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作；异步I/O模型：由内核通知我们I/O操作何时完成。
非阻塞IO详解
int sd=socket(int domain, int type|O_NONBLOCK, int protocol);
int fd=open(const char *pathname, int flags|O_NONBLOCK);#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
//例子
if (fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFL, 0)|O_NONBLOCK) == -1) {
return -1;
}
return 0;
}
IO复用详解
- 客户程序需要同时处理交互式的输入和服务器之间的网络连
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