I/O流

  1. 概念

    （1）c++中将数据的输入输出称之为流(stream)，在c++中，流被定义为类，成为流类(stream class)，其定义的对象为流对象。

    （2）文件，套接字(socket)，管道(pipe)等可能进行I/O操作的对象，能够被看做为流

  2. 工作机制

    （1）大多数文件系统的默认I/O操作都是缓存I/O。在Linux的缓存I/O机制中，读取数据时，都会将数据先拷贝到操作系统内核的缓冲区中，而后将操作系统内核缓冲区的数据拷贝到应用程序的地址空间，写的过程则相同。

    （2）缓存I/O应用操作系统内核缓冲区，在肯定水平上拆散了应用程序空间和理论的物理设施，通过将数据写入缓冲区后，再一次性解决，缩小了读盘的次数，从而进步了性能

I/O模型

  1. 同步与异步：关注的是音讯通信机制

    同步(synchronous)：调用者会始终“期待”被调用者返回音讯，能力继续执行，在此期间，调用者不能做其它事

    异步(asynchronous)：被调用者通过状态、告诉或回调机制被动告诉调用者被调用者的运行状态，在此期间，调用者能够边“期待”，边做其它事

  2. 阻塞和非阻塞：关注调用者的状态

    阻塞(blocking)：调用者始终“期待”所处的状态

    非阻塞(blocking)：调用者可能边“期待”，边做其它事的状态

  3. 同步I/O

    （1）阻塞式I/O：程序收回I/O申请，如果内核缓冲区为空，此时进行读操作，那么该程序就会阻塞

    （2）非阻塞式I/O：程序收回I/O申请，如果内核缓冲区为空，此时进行读操作，此时就会立即返回一个谬误

    （3）I/O复用

    a. 这是一种机制，程序注册一组文件描述符给操作系统，监督多个描述符，一旦某个描述符就绪（个别是读就绪或者写就绪），可能告诉程序进行相应的读写操作。示意“我要监督这些fd是否有I/O事件产生，有了就通知程序处理”。

    b. 当多个I/O流共用一个期待机制时，该模型会阻塞过程，然而过程时阻塞在这种机制的零碎调用上，不是阻塞在真正的I/O操作上

    c. I/O多路复用须要和非阻塞I/O一起应用，非阻塞I/O和I/O多路复用式绝对独立的。非阻塞I/O仅仅指流对象立即返回，不会被阻塞；而I/O多路复用只是操作系统提供的一种便当的告诉机制。

    （4）信号驱动式I/O

    a. 用户过程能够通过零碎调用注册一个信号处理程序，而后主程序能够持续向下执行，当有I/O操作准备就绪时，由内核告诉触发一个SIGIO信号处理程序执行，而后将用户过程所须要的数据从内核空间拷贝到用户空间

    b. 此模型的劣势在于期待数据报达到期间过程不被阻塞。用户主程序能够继续执行，只有期待来自信号处理函数的告诉。

  4. 异步I/O

    a. 程序过程向内核发送I/O调用后，不必期待内核响应，能够持续承受其余申请，内核调用的I/O如果不能立刻返回，内核会持续解决其余事物，直到I/O实现后将后果告诉给内核

    b. 信号驱动式IO是由内核告诉咱们何时启动一个IO操作，而异步IO是由内核告诉咱们IO操作何时实现。

I/O复用模型

  1. select

    select的大抵工作流程：

    （1）采纳数组组织文件描述符

    （2）通过遍历数组的形式，监督文件描述符的状态(可读，可写，异样)

    （3）如果没有可读/可写的文件描述符，过程会阻塞期待一段事件，超时就返回

    （4）当有一个可读/可写的文件描述符存在时，过程会从阻塞状态醒来

    （5）进行无差别轮询，找出可能操作的I/O流，若解决后，会移除对应的文件描述符

    select的毛病：

    （1）每次调用select，都须要把文件描述符汇合从用户空间贝到内核空间，这个开销在I/O流很多时会很大

    （2）同时每次调用select都须要在内核遍历传递进来的所文件描述符数组，这个开销在I/O流很多时也很大

    （3）select反对的文件描述符数量太小了，默认是1024

  2. poll

    （1）采纳链表组织文件描述符

    （2）原理和select统一

    （3）只是解决了反对的文件描述符受限的毛病

    （4）select和poll都是程度触发：找到可操作的I/O流并告诉过程，但过程本次没有解决，文件描述符没有被移除，下次轮询时依旧会告诉

  3. epoll

    工作原理：

    （1）红黑树和就绪链表，红黑树用于治理所有的文件描述符，就绪链表用于保留有事件产生的文件描述符。

    （2）接管到I/O申请，会在红黑树查找是否存在，不存在就增加到红黑树中，存在则将对应的文件描述符放入就绪链表中

    （3）如果就绪链表为空，过程则阻塞否则遍历就绪链表，并告诉利用过程解决文件描述符对应的I/O

    工作模式：

    （1）LT模式(程度触发)：检测到可解决的文件描述符时，告诉应用程序，应用程序能够不立刻解决该事件。后续会再次告诉

    （2）ET模式(边缘触发)：检测到可解决的文件描述符时，告诉应用程序，应用程序必须立刻解决该事件。如果本次不解决，则后续不再告诉

参考资料

IO五种模型和select与epoll工作原理（引入nginx） - osc_1ont5xz2的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交换社区

IO模型：同步、异步、阻塞、非阻塞 | 神奕的博客 (songlee24.github.io)

(3) io复用与epoll模型详解_集体文章 - SegmentFault 思否

(3) Linux IO模式及 select、poll、epoll详解_人云思云 - SegmentFault 思否

Linux 网络编程的5种IO模型：多路复用(select/poll/epoll) - 黄树超 - 博客园 (cnblogs.com)

(3) 网络编程——select模型（总结）_集体文章 - SegmentFault 思否

网络编程之IO模型与Epoll - 简书 (jianshu.com)

彻底搞懂epoll高效运行的原理 - 简书 (jianshu.com)

如果这篇文章说不清epoll的实质，那就过去掐死我吧！ （3） - 知乎 (zhihu.com)