Linux的IO模型
本文主要是聊聊 Linux 中的五种 IO 模型的概括。
对于32位的计算机，操作系统最多给每个进程分配4G的内存。针对linux而言，linux会把其中1G分配为内核空间，另外3G分配为用户空间。
- 阻塞：进程被迫等待内核
- 非阻塞：进程可以不等待内核
- 同步：进程向内核发起调用
- 异步：内核向进程发起调用
内核会先将数据写到内核空间的缓冲区里，之后内核才会将数据从内核空间拷贝到用户空间里，进程才能读取数据。所以进程有两个等待阶段。
1. 阶段一：等待数据从硬件写入内核空间（准备数据）
2. 阶段二：等待数据从内核空间写入到用户空间（拷贝数据）
| 同步 | 异步 | |
|---|---|---|
| 阻塞 | 同步阻塞IO,多路复用IO | |
| 非阻塞 | 同步非阻塞IO | 异步非阻塞IO |
| 阶段一 | 阶段二 | |
|---|---|---|
| 同步阻塞IO | 阻塞 | 阻塞 |
| 同步非阻塞IO | 非阻塞,轮询 | 阻塞 |
| 多路复用IO | 阻塞 | 阻塞 |
| 异步非阻塞IO | 非阻塞,异步等回调 | 非阻塞,异步等回调 |
同步阻塞IO（BIO）
阻塞IO，进程发起read操作被阻塞，此时内核会开始准备数据，数据准备好了，再将数据从内核空间写入到用户空间，然后read操作才返回，进程解除阻塞状态。
显然，这样子进程的大部分时间都在阻塞等待数据的准备和拷贝。
同步非阻塞IO（NIO）
非阻塞IO，进程发起read操作，内核会立即返回，如果数据还没准备好，会返回一个error。
进程得到error的结果后，可以去做其他事情，待会再来轮询read操作，再次查询准备结果。
如果数据准备好了，进程又发起read操作，进程将会被阻塞，直到数据从内核空间写入到用户空间。
非阻塞IO问题在于绝大部分的轮询调用是无效的，消耗CPU时间。
多路复用IO
UNIX/Linux提供了select、poll、epoll系统调用（epoll比poll、select效率高，做的事情是一样的）。
进程发起select调用，进程会被select调用阻塞，然后内核会监视这个select所负责的NIO的数据准备情况。
如果有一个数据准备好了，select就会返回。然后进程再去发起read操作，被read操作阻塞，直到数据从内核空间写入到用户空间。
所以多路复用就是多路NIO复用一个进程进行处理，因此一个进程就能处理多个NIO，提高并发量。
当连接数不是很高，使用多路复用性能和响应速度可能会被BIO要差。
虽然多路复用使用的是NIO，但是由于进程在阶段一被select调用阻塞（虽然不是被IO阻塞），阶段二被read操作阻塞，所以对于进程而已，多路复用IO还是BIO。
异步非阻塞IO（AIO）
进程调用aio_read操作，内核空间无论是否已经准备好数据没有，内核都会立即返回，进程就可以去做别的事。
之后内核会负责将数据缓存到内核空间，然后将数据从内核空间写入到用户空间。
在阶段一和阶段二完成后，内核才会去通知进程。
关于异步阻塞
像js里，有时候虽然调用时异步的，但为了避免层层的callback嵌套，希望能阻塞到完成，这时候需要异步阻塞。
总结
select
调用select会把相应socket的fd_set从用户空间拷贝到内核空间，阻塞直到有就绪事件或者超时返回。
调用返回会把fd_set从内核空间拷贝回用户空间。之后遍历整个fd_set，来找就绪的socket。
select几乎在所以平台都支持，但是在linux上限制了单进程fd最大为1024，并且需要通过轮询遍历来查找就绪socket，效率低。
poll
poll基本跟select一样，但是他使用链表保存fd_set，所以没有fd数量限制。
但是依然存在来回的拷贝和遍历socket问题。
epoll
epoll的fd限制于硬件资源，1G内存机器能打开十万连接。
只有活跃的socket才会调用回调函数，并且通过内存映射共享内存，减少数据拷贝。
epoll对fd的操作模式有两种，水平触发（level trigger，LT）和边缘触发（edge
trigger，ET）
+
水平触发：内核会通知某个socket就绪，如果不做任何操作的话，内核还会继续通知
+
边缘触发：内核之后通知一次就绪事件，如果不做任何操作的话，内核下次就不再通知了
参考文章：