Nginx(7)--5种IO模型

1.IO概念

• IO（Input/Output，输入/输出）即数据的读取（接收）或写入（发送）操作
• 通常用户进程中的一个完整的IO分为两个阶段：用户进程空间–>内核空间、内核空间–>设备空间（磁盘、网络等）
• IO有内存IO、网络IO和磁盘IO三种，通常说IO指的是后两种
  
• Linux中进程无法直接操作I/O设备，必须通过系统调用请求kernel来协助完成I/O动作，内核会为I/O设备维护一个缓冲区
• 对于一个输入来说，进程IO系统调用后，内核会先看缓冲区中有没有响应的缓存数据，没有的话再到设备中读取
• 因为设备IO一般速度较慢，需要等待；内核缓冲区有数据则直接复制到进程空间
• 对于一个网络输入操作通常包括两个不同阶段：
• 1>等待网络数据到达网卡–>读取到内核缓冲区，数据准备好
• 2>从制数据到进程空间

2.IO模型的分类

• 5种IO模型分别是阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动的IO模型、异步IO模型

阻塞IO模型

• 进程发起IO系统调用后，进程被阻塞，转到内核空间处理，整个IO处理完毕后返回进程，操作成功则进程获取到数据

非阻塞IO模型

• 进程发起IO系统调用后，如果内核缓冲区没有数据，需要到IO设备中读取，进程返回一个错误而不会被阻塞
• 进程发起IO系统调用后，如果内核缓冲区有数据，内核会把数据返回进程
• 对于阻塞IO模型来说，内核数据没有准备好需要进程阻塞的时候，就返回一个错误，以使得进程不被阻塞

IO复用模型

• 多个进程的IO可以注册到一个复用器（select）上，然后用一个进程调用该select，select会监听所有注册进来的IO
• 如果select没有监听的IO在内核缓冲区都没有该数据，select调用进程会被阻塞
• 而当任一IO在内核缓冲区中有数据时，select调用就会返回
• 而后select调用进程可以自己或通知另外的进程（注册进程）来再次发起读取IO，读取内核中准备好的数据
• 典型应用：select、poll、epoll三种方案，nginx都可以选择使用

events {
	worker_connections 1024;
	use epoll;
}	

select、poll、epoll：
select：注册IO、阻塞扫描，监听的IO最大连接数不能多与FD_SIZE(1024)
poll：原理和select相似，没有数量限制，但IO数量大扫描线性性能下降
epoll：事件驱动不阻塞，mmap实现内核与用户空间的消息传递，数量很大，linux2.6后内核支持

信号驱动IO模型

• 当进程发起一个IO操作，会向内核注册一个信号处理函数，然后进程返回不阻塞
• 当内核数据就绪时会发送一个信号给进程，进程便在信号处理函数中调用IO读取数据

异步IO模型

• 当进程发起一个IO操作，进程返回（不阻塞），但也不能返回结果
• 内核会把整个IO处理完后，会通知进程结果
• 如果IO操作成功则进程直接获取到数据