高级IO之多路复用的三种方式

在IO过程中分为两个阶段：

• 等待

• 拷贝

  内核将数据注备好之前，系统一直处于等待状态，等待完毕可以拷贝的时候称为就绪状态。

  五种IO模型：

  • 为了应付各种情况下提升效率，五种模型在等待阶段上存在差异。

    1.阻塞IO

    在内核将数据准备好之前，系统会一直等待，所有的套接字，默认都是阻塞等待。

    阻塞等待是最常见的IO模型。
    

    2.非阻塞等待IO

    如果内核为将数据准备好，系统调用仍然会直接返回，并且返回EWOULDBLOCK错误码。

    非阻塞IO往往需要程序员循环的方式反复读写文件描述符，这个过程成位轮询，这对CPU来说是比较大的浪费，一般只有特定的场景下使用。

  

  3.信号驱动IO：

  内核将数据准备好的时候，使用SIGIO信号通知程序进行IO操作
  

  4.异步IO

  由内核在数据拷贝完成时，通知应用程序（而信号驱动式应该告诉程序员可视开始拷贝数据）
  

  5.IO多路复用（IO多路转接）

  一个线程处理多个客户端的连接，将客户端之间的等待时间重叠
  

  重要的IO概念：

  同步通信和异步通信：

  • 所谓同步就是在发出一个调用时，没有得到结果之前，该调用就不会，但是一旦调用返回，就得到返回值了。调用者主动等待调用的结果；
  • 异步则恰恰相反，调用在发出去之后就直接返回了，所以返回没有结果。当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果，而是在调用发出之后，调用者通过状态，通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

  阻塞和非阻塞

  • 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，调用线程只有在得到结果之后才能返回。
  • 非阻塞等待是指不能立刻得到返回结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

IO多路转换之select VS epoll

1. select
   select实现网络字典

   • select系统调用是用来然我们的程序监视多个文件秒师符的状态变换的；
   • 程序会停在select这里等待，直到被监视的文件描述符有一个挥着多个发送了状态改变；

   select的特点

   • 可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fd_set)的值. 我这边服务器上sizeof(fd_set)＝512，每bit表示一个文件描述符，则我服务器上支持的最大文件描述符是512*8=4096.
   • 将fd加入select监控集的同时，还要再使用一个数据结构array保存放到select监控集中的fd，

     • 一是用于再select 返回后，array作为源数据和fd_set进行FD_ISSET判断。
     • 二是select返回后会把以前加入的但并无事件发生的fd清空，则每次开始select前都要重新从array取得
       fd逐一加入(FD_ZERO最先)，扫描array的同时取得fd最大值maxfd，用于select的第一个参数。

2.epoll
epoll实现网络字典

按照man手册的说法: 是为处理大批量句柄而作了改进的poll.
它是在2.5.44内核中被引进的(epoll(4) is a new API introduced in Linux kernel 2.5.44)
它几乎具备了之前所说的一切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法.
epoll工作原理

epoll的优点(和 select 的缺点对应)

• 接口使用方便: 虽然拆分成了三个函数, 但是反而使用起来更方便高效. 不需要每次循环都设置关注的文
  件描述符, 也做到了输入输出参数分离开

• 数据拷贝轻量: 只在合适的时候调用 EPOLL_CTL_ADD 将文件描述符结构拷贝到内核中, 这个操作并不频繁(而select/poll都是每次循环都要进行拷贝)

• 事件回调机制: 避免使用遍历, 而是使用回调函数的方式, 将就绪的文件描述符结构加入到就绪队列中,
  epoll_wait 返回直接访问就绪队列就知道哪些文件描述符就绪. 这个操作时间复杂度O(1). 即使文件描述
  符数目很多, 效率也不会受到影响.

• 没有数量限制: 文件描述符数目无上限

  两者最本质的区别：

  • epoll 采用回电方式通知就绪，当某个文件描述符就绪，就会立刻加入就绪队列中。
  • select 采用遍历方式通知就绪。

  epollde 两种工作模式

  • LT水平触发：代码写起来简单（默认方式）

  • E