15.IO多路复用

一，IO模型前戏准备

1，用户空间与内核空间

现在操作系统都采用虚拟存储器，对于32位操作系统来说，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）
操作系统的核心为内核，独立于普通的应用程序，可以访问搜保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的权力
为了保证用户进程不能直接操作内核，将虚拟存储空间分为两个部分，一部分为内核空间，大小为最高的1G字节，供内核使用。一部分为用户空间，大小为较低的3G字节，供各个进程使用。

2，文件描述符：

用于表述指向文件的引用的抽象化概念
在形式上是一个非负整数。实际上他是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件记录表。
当程序打开一个新文件时，内核向进程返回会一个文件描述符

3,缓存I/O

缓存I/O又被称为标准I/O，大多数文件系统的默认I/O操作都是缓存I/O.
在LINUX的I/O中，系统会将I/O的数据缓存在文件系统的页缓存中，就是说，数据会被拷贝到操作系统内核的缓存区中，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。因为只有操作系统才有权限去操作硬件设备

四种IO模型：

可以通过setblocking来设置IO的类型

四种io分别为：同步IO,异步IO，阻塞IO,非阻塞IO

一个网络IO会涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的process，另一个就是系统内核

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IO

阻塞IO

在linux中，默认情况下所有的socket都是阻塞
系统调用recvfrom时，一些数据还没准备好，进程就会阻塞等待数据到来，当数据准备好了，就会将数据从系统内核拷贝到进程IO中，此时进程也会进入阻塞续状态，待数据拷贝完毕后，才解除阻塞状态

非阻塞IO（同步IO)

在非阻塞IO下，系统调用recvfrom时，数剧没有准备好，就要去等待数据，这时，进程不会阻塞在这，它去执行其他任务，隔一段时间后，进程发出数据询问数据是否准备好。
如果数据没有准备好，进程继续执行其他任务。如果数据准备好了，进程就会将数据从内核拷贝到进程IO中，这时进程也会进入阻塞状态。
系统每次调用recvfrom之间，cpu的权限还在进程手中，这段时间进程是可以做其他事情的
缺陷：数据准备好后进程可能在处理其他任务，不能及时处理，存在延迟

IO多路复用（同步IO）

在有些地方又被称为事件驱动模型
当某个socket有数据到达了，就通知用户进程，具体方式如下：
当用户进程调用了select，那么整个进程就会被阻塞，同内核时会监听所有select负责的socket,当任何一个socket的中的数据准备好了，select就会返回
进程知道数据已经准备好了，再调用read()操作，将数据从内核拷贝到用户进程，此时进程会再次进入阻塞状态。
特点：可以同时监听多个socket，如果处理的连接数据不是很高那么性能不一定比使用多线程+阻塞IO高，优势在于处理更多的连接

select,poll,epoll都属于IO多路复用，IO多路复用又属于同步范畴，故：epoll只是一个伪异步

select

通过一个select()系统调用来监视多个文件描述符的数组，当select()返回后，该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位，使进程可以获得这些文件描述符从而进行后续的读写操作
采用轮巡监听，查看文件描述符是否发生变化，变化将其返回。没有变化则进入睡眠
因此如果监听的文 件描述符很多，但是实际上发生变化的只有几个，轮巡方式就效率低下，
目前所有平台上支持，监听的文件描述符最大为1024个
当数据存在时，select会一直监测数据，一旦数据被内核拷贝到用户进程，即取走数据，select就停止监测

poll

因为select监听的文件描述符最大只有1024个，超过就无法监听使用select。
poll在select的基础上进行改进你，增加可以监听的文件描述符数目,轮巡方式没有改变

epoll

只告诉进程哪些哪些文件描述符刚刚变成就绪状态
不采用轮巡监听机制，监听的socket中，谁的数据准备好了，就向epoll发送信息，然后epoll直接到该socket获取数据

异步IO

进程发起操作后，就立即去做其他事情了。当数据准备完毕后内核会收到一个数据准备完毕的信息，然后内核立即返回，不会对用户进程产生任何block
然后内核会等待数据准备完成，将数据拷贝到用户内存，完成后，内核给进程发送signal,告诉他read操作完成了。