阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO、异步IO

Linux 五种 IO 模型

1、基本概念

五种IO模型包括：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO、异步IO。

首先需要了解下系统调用的几个函数和基本概念。

1.1 简单介绍几个系统调用函数

recvfrom： Linux系统提供给用户用于接收网络IO的系统接口。从套接字上接收一个消息，可同时应用于面向连接和无连接的套接字。

如果此系统调用返回值 <0，并且 errno 为 EWOULDBLOCK或EAGAIN（套接字已标记为非阻塞，而接收操作被阻塞或者接收超时）时，连接正常，阻塞接收数据（这很关键，前4种IO模型都设计此系统调用）。

select： select系统调用允许程序同时在多个底层文件描述符上，等待输入的到达或输出的完成。以数组形式存储文件描述符，64位机器默认2048个。当有数据准备好时，无法感知具体是哪个流OK了，所以需要一个一个的遍历，函数的时间复杂度为O(n)。

poll：以链表形式存储文件描述符，没有长度限制。本质与select相同，函数的时间复杂度也为O(n)。

epoll：是基于事件驱动的，如果某个流准备好了，会以事件通知，知道具体是哪个流，因此不需要遍历，函数的时间复杂度为O(1)。

sigaction：用于设置对信号的处理方式，也可检验对某信号的预设处理方式。Linux使用SIGIO信号来实现IO异步通知机制。

1.2 同步 & 异步

同步和异步是针对应用程序和内核交互而言的，也可理解为被被调用者（操作系统）的角度来说。同步是用户进程触发IO操作并等待或轮询的去查看是否就绪，而异步是指用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知，需要CPU支持

1.3 阻塞 & 非阻塞

阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，也可理解为调用者（程序）角度来说。根据IO操作的就绪状态来采取的不同的方式。阻塞方式下读取或写入方法将一直等待，而非阻塞方式下读取或写入方法会立即返回一个状态值。

类似与非阻塞，只不过轮询不是由用户线程去执行，而是由内核去轮询，内核监听程序监听到数据准备好后，调用内核函数复制数据到用户态
下图中select这个系统调用，充当代理类的角色，不断轮询注册到它这里的所有需要IO的文件描述符，有结果时，把结果告诉被代理的recvfrom函数，它本尊再亲自出马去拿数据
IO多路复用至少有两次系统调用，如果只有一个代理对象，性能上是不如前面的IO模型的，但是由于它可以同时监听很多套接字，所以性能比前两者高
多路复用包括：
- select：线性扫描所有监听的文件描述符，不管他们是不是活跃的。有最大数量限制（32位系统1024，64位系统2048）
- poll：同select，不过数据结构不同，需要分配一个pollfd结构数组，维护在内核中。它没有大小限制，不过需要很多复制操作
- epoll：用于代替poll和select，没有大小限制。使用一个文件描述符管理多个文件描述符，使用红黑树存储。同时用事件驱动代替了轮询。epoll_ctl中注册的文件描述符在事件触发的时候会通过回调机制激活该文件描述符。epoll_wait便会收到通知。最后，epoll还采用了mmap虚拟内存映射技术减少用户态和内核态数据传输的开销