I/O模式

用户空间&内核空间

32位操作系统的寻址空间为4G（2的32次方）。

操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核（kernel），保证内核的安全，操心系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。

针对linux操作系统而言，将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间。

而将较低的3G字节（从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。

进程切换

实质就是OperationSystem内核挂起正在运行的进程A，然后将先前被挂起的另一个进程B恢复运行。

详情:http://www.cnblogs.com/wz19860913/archive/2010/05/25/1742583.html(后续会补充的即关于这里的见解)

进程阻塞

进程阻塞是运行着的进程自发产生的。所以只有处于运行态的进程（获得CPU），才可能将其转为阻塞状态

。进入阻塞状态的进程不占用cpu资源

文件描述符fd

文件描述符(file description) 是一个非负索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。

缓存I/O

大多数文件系统的默认 I/O 操作都是缓存 I/O。在 Linux 的缓存 I/O 机制中，操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存（ page cache ）中，也就是说，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。

---------------------------------------------------------------------

I/O模式

对于进程的一次I/O访问，kernel会有以下两个阶段

step 1:数据会拷贝到操作系统缓冲区(内核空间),即等待数据准备

step 2:数据从内核空间拷贝到进程空间

 

linux系统产生有以下几种I/O模式:

____1.阻塞I/O   (blocking I/O)

         

该模式中，在kernel的两个阶段中，进程是阻塞(不占用cpu资源)

____2.非阻塞I/O  (nonblocking I/O)

该模式中,在kernel的两个阶段中，进程始终向kernel申请获取数据，所以进程是运行态的(始终占有cpu资源)

____3.I/O多路复用  (I/O multiplexing)

这就是我们所说的select ，poll,epoll

select 这个方法会不断的轮询用户的process所需的所有socket（I/O），当某个socket(I/O)数据获取到了,就返回给用户的process

注意当用户的process调用了select，那么整个进程都会被阻塞(block)，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程，，，，，，，，，这样既用户的process可以处理多个socket(I/O)而又不在等待数据的过程中浪费cpu资源，适用于一个进程需要多个I/O的情况

在I/O multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。

该模式中,通过一种机制一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，select()函数就可以返回。

_____4.信号驱动I/O   (signal driven I/O)

 

_____5.异步I/O   (asynchronous I/O)

 

 

用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。

总结:

------------------------------------------------------------------------

I/O多路复用 select,poll,epoll

select,poll,epoll本质都是同步I/O,读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的

_____1.select

select(rlist, wlist, xlist, timeout=None)

select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述副就绪（有数据 可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以 通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

_____2.poll

int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);

pollfd并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。 和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

_____2.epoll

1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值，参数size并不是限制了epoll所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。
当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
函数是对指定描述符fd执行op操作。
- epfd：是epoll_create()的返回值。
- op：表示op操作，用三个宏来表示：添加EPOLL_CTL_ADD，删除EPOLL_CTL_DEL，修改EPOLL_CTL_MOD。分别添加、删除和修改对fd的监听事件。
- fd：是需要监听的fd（文件描述符）
- epoll_event：是告诉内核需要监听什么事

3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待epfd上的io事件，最多返回maxevents个事件。
参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

 

 

参考:

http://www.cnblogs.com/alex3714/articles/5876749.html

 

 

转载于:https://my.oschina.net/u/3526387/blog/1541411