理解IO阻塞与非阻塞

1、饭店吃饭的例子

A君喜欢下馆子吃饭，服务员点完餐后，A君一直坐在座位上等待厨师炒菜，什么事情也没有干，过了一会服务员端上饭菜后，A君就开吃了 -- 【阻塞I/O】

B君也喜欢下馆子，服务员点完餐后，B君看这个服务员长得不错便前去搭讪，一直和服务员聊人生理想，并时不时的打听自己的饭做好了没有，过了一会饭也做好了，B君也撩到了美女服务员的微信号 -- 【非阻塞I/O 】

2、阻塞与非阻塞调用对比

3、阻塞IO

4、非阻塞IO

5、I/O复用模型

前面讲的非阻塞仍然需要进程不断的轮询重试。能不能实现当数据可读了以后给程序一个通知呢？所以这里引入了一个IO多路复用模型，I/O多路复用的本质是通过一种机制（系统内核缓冲I/O数据），让单个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

常见的IO多路复用方式有【select、poll、epoll】，都是Linux  API提供的IO复用方式

6、I/O复用select模型

7、select、epoll、poll模型对比

（1）select 时间复杂度O(n)

过程

（1）从用户空间拷贝fd_set到内核空间

（2）注册回调函数

（3）遍历所有fd，调用其对应的poll方法

（4）以tcp_poll为例，其核心实现就是__pollwait，也就是上面注册的回调函数。

（5）把（当前进程）挂到设备的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列

（6）poll方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的mask掩码，根据这个mask掩码给fd_set赋值

（7）如果遍历完所有的fd，还没有返回一个可读写的mask掩码，则会调用schedule_timeout是调用select的进程（也就是current）进入睡眠。当设备驱动发生自身资源可读写后，会唤醒其等待队列上睡眠的进程。如果超过一定的超时时间（schedule_timeout指定），还是没人唤醒，则调用select的进程会重新被唤醒获得CPU，进而重新遍历fd，判断有没有就绪的fd。

（8）把fd_set从内核空间拷贝到用户空间。

总结

	内核仅仅知道，有I/O事件发生了，却并不知道是哪几个I/O流。

	我们只能无差别轮询所有的流，找出能读出数据（或写入数据的流），对他们进行操作。

	处理的流越多，无差别遍历的事件就越长（O(n)）

	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作

（2）poll 时间复杂度O(n)

过程

while true  
{  
    // 知道有一个流有I/O事件时，才往下执行  
    select(streams[]) 
    for i in streams[]  
    {  
        if i has data  
        read until unavailable  
    }  
} 

总结

	poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作

（3）epoll 时间复杂度O(1)

过程

{  
    active_stream[] = epoll_wait(epollfd)  
    for i in active_stream[]  
    {  
        read or write till  
    }  
}  

总结

	epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知用户线程，epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。

	内核和用户空间共享一块内存来实现的

优点：

	[1]、没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）

	[2]、效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。

	[3]、 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。

总结：

	表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。

8、多路复用的好处

	select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。

	I/O多路复用可以通过把多个 I/O 的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。

	它的最大优势是系统开销小，并且不需要创建新的进程或者线程，降低了系统的资源开销

	但是select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在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。