初步了解Unix系统的I/O模式

I/O模式

对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。

当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

1. 等待数据准备
2. 将数据从内核拷贝到进程中

因为这两个阶段，Unix系统的IO分为五种模式：

• 阻塞 I/O（blocking IO）
• 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
• I/O 多路复用（ IO multiplexing）
• 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
• 异步 I/O（asynchronous IO）

阻塞 I/O

特点就是在IO执行的两个阶段，用户进程都被block了。

Linux中，默认情况下所有的socket都是blocking

非阻塞 I/O

特点是用户进程要不断得通过系统调用询问内核，文件描述的数据是否准备好了，这种方式称为轮询(polling)。

如果数据还没有准备好，用户进程不会被阻塞，而是立刻返回一个error。用户进程收到error可以再次进行read操作。

I/O 多路复用

特点是单个用户进程可以处理多个 I/O 事件，减少多进程切换带来的系统开销。

分成三种形式：

• select
• poll
• epoll

select 或者 poll 可以监视多个文件描述符，期间会被阻塞，任何一个描述符的数据准备好后通知用户进程，进程调用 recvfrom 把数据从内核复制到进程中。两者的区别是：

• select基于数组实现，可以监视的文件描述符数量有限制。
• poll基于链表实现，可以监视的文件描述符数量没有限制。

epoll 仅适用于 Linux系统，也可以监视多个文件描述符，内核通过回调函数把数据准备好的文件描述符放入链表，用户进程通过 epoll_wait() 检测到达链表的描述符，不需要轮询所有事件的文件描述符。

epoll又分两种模式：

• LT，水平触发。当 epoll_wait() 检测到描述符事件到达时，会通知用户进程，进程可以不立即处理该事件，下次调用 epoll_wait() 会再次通知进程。是默认模式，同时支持 Blocking 和 No-Blocking。
• ET，边缘触发。通知之后进程必须立即处理事件，下次再调用 epoll_wait() 时不会再得到事件到达的通知。效率比LT高，只支持 No-Blocking。

异步I/O

用户进程执行 aio_read 系统调用会立即返回，可以继续执行，不会被阻塞，内核会在I/O操作完成后向应用进程发送信号。

信号驱动I/O

用户进程使用 sigaction 系统调用后立即返回，可以继续执行，不会被阻塞，内核会在数据准备好后向应用进程发送信号。

用户进程收到信号后调用 recvfrom 将数据从内核复制到应用进程中。

参考

http://cyc2018.gitee.io/cs-notes/#/notes/Socket?id=poll