I/O复用及epoll基础知识

IO multiplexing

IO multiplexing这个词可能有点陌生，但是如果我说select，epoll，大概就都能明白了。有些地方也称这种IO方式为event driven IO。我们都知道，select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。它的流程如图：

当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。（多说一句。所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。）
在IO multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。

四种常见的I/O模型：阻塞I/O, 非阻塞I/O, I/O复用，异步I/O。

详见UNP Ch6.2或下面ref。

ref1: http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378

ref2: http://www.cnblogs.com/Anker/p/3254269.html

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

epoll的LT和ET模式

epoll是IO复用技术，本身是阻塞模式，但是它能同时监听多个文件描述符因此能高效处理IO。
LT模式（水平触发）：当epoll_wait检测到监听文件描述符上有事件发生时通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件，下次调用epoll_wait时该事件还会被通告直到该事件被处理;

ET模式（边缘触发）：当epoll_wait检测到事件发生告知应用程序后应用程序必须立即处理该事件，后续的epoll_wait将不会再向应用程序告知这一事件。

二者的差异在于：

level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态【相当于只要电平值是1】，无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket；

而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时【相当于电平由0变成1那一瞬间】，epoll_wait才会返回该socket。在epoll的ET模式下，正确的读写方式为:读：只要可读，就一直读，直到返回0，或者 errno = EAGAIN;写:只要可写，就一直写，直到数据发送完，或者 errno = EAGAIN。

ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。 （？）

ref1： http://blog.csdn.net/liuxuejiang158blog/article/details/12290725

ref2：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3263780.html

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 select、poll、epoll之间的区别总结 ref  ref2

select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符集来获取已经就绪的socket。事实上，同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

epoll不同于select和poll轮询的方式，而是通过每个fd定义的回调函数来实现的。只有就绪的fd才会执行回调函数。

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;

而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

比较同步、异步、阻塞、非阻塞

阻塞，非阻塞：进程/线程要访问的数据未就绪时，进程/线程是否需要等待；
同步，异步：访问数据的方式。同步需要主动读写数据，在读写数据的过程中还是会阻塞；异步只需要I/O操作完成的通知，并不主动读写数据，由操作系统内核完成数据的读写。

对unix来讲：阻塞式I/O(默认)，非阻塞式I/O(nonblock)，I/O复用(select/poll/epoll)都属于同步I/O，因为它们在数据由内核空间复制回进程缓冲区时都是阻塞的(不能干别的事)。只有异步I/O模型(AIO)是符合异步I/O操作的含义的，即在(1) 数据准备完成 (2) 由内核空间拷贝回缓冲区后 通知进程，在等待通知的这段时间里可以干别的事。

ref: http://www.zhihu.com/question/19732473