I/ O 模式

阻塞 I/O

个别设施有两种操作：读和写。其中随同读缓冲区和写缓冲区。

1. 读缓冲区无数据：
   当读数据的速率超过写数据的速率，可能造成缓冲区无数据可读的状况，此时用户程序如果是阻塞 I/O 模式，那么用户程序将会进入期待，在 linux 中的具体操作就是从零碎的 “Runable Queue”中删除该过程，将其退出到期待队列“Wait Queue”。只有当设施通过“中断”告知了内核缓冲区已有数据或者内核轮询发现了缓冲区有数据，内核会唤醒该期待队列上的过程，把他们退出可“Runable Queue”。
2. 写缓冲区满数据：
   相似，当写数据的速率超过读数据的速率，可能造成缓冲区无闲暇内存可写的状况，这时内核同样的会阻塞写线程直到缓冲区可写。

非阻塞 I/O

相似下面的状况，当无数据可读可写时，执行 read/write（个别 read/write 办法会返回此次调用读取或写了多少字节）后，内核可间接返回 0，并不阻塞以后线程，把无数据可读可写的结果交由用户程序本人解决。

那什么时候可读和可写？这种 I/O 框架个别存在一种叫 Selector 选择器的线程，由这个线程去轮询所有的 已注册 的文件描述符（这包含一般文件，套接字等）缓冲区，当呈现缓冲区可读或可写时，找出在其下面注册了相应的可读事件或可写事件的回调办法，进行调用。但这种形式在解决大量描述符时成果不是很好，因为为缓冲区的可读可写的判断，须要进入内核态。

用户态 切换到内核态的代价挺大的，尽管他们都是同一个线程，但却须要保留硬件上下文，这是因为用户态的数据段、代码段、栈基址、栈指针 和内核态都不一样，每次切换须要切换这些寄存器值。

Epoll

在服务器过程中，一个 server 过程可能须要治理成千盈百个 Socket。

他们的可读可写如果是阻塞模式，那将造成灾难性的结果，一个网络差的客户端连贯，足以迁延整个零碎。

如果可读可写是异步模式，大量的 Socket 治理将连累 Selector，让 Selector 线程跑满 CPU

Linux 应用了 Epoll 模式，改善了下面的状况。

• 通过应用一片用户态和内核态共享的内存空间，因为此片空间为共享的，所以用户程序向此内存写数据时不须要陷入内核态。
• 用户程序须要写入什么数据？epoll 在此空间保护了一颗红黑树用来保留 Socket，一个就绪列表来援用就绪的 Socket。用户程序能够将本人的 Socket 增加至红黑树，并向 epoll 注册相干事件（可读、可写、连贯 …）的监督函数。
• 当网卡承受到了数据或发送了数据后，向操作系统收回了一个硬中断告诉操作系统，操作系统得悉后，在 Epoll 红黑树中找到对应的 socket，退出到就绪队列，。
• Epoll 关注了就绪列表，通过就绪列表中的 Socket 向关怀相干事件的过程发送告诉，至此用户程序能够读取或写入数据了。

全程没有阻塞，所有操作都是异步的（异步扭转世界），也没有用户态和内核态的非必要切换。