用户空间与内核空间

进程的寻址空间会划分为两部分：内核空间、用户空间

用户空间只能执行受限的命令，而且不能直接调用系统资源，必须通过内核提供的接口来访问

内核空间可以执行特权命令。调用一切系统资源

阻塞IO

在客户端连接数量不高的情况下，是没问题的。但是，当面对十万甚至百万级连接的时候，传统的 BIO 模型是无能为力的。因此，我们需要一种更高效的 I/O 处理模型来应对更高的并发量

非阻塞IO

应用程序不断进行 I/O 系统调用轮询数据是否已经准备好的过程是十分消耗 CPU 资源的。

IO多路复用

如果调用recvform时，恰好没有数据，阻塞IO会使进程阻塞，非阻塞IO使CPU空转，不能充分发挥CPU作用

如果调用recvform时恰好有数据，则用户进程进入第二个阶段，读取并处理数据

文件描述符： 简称FD，是一个从0开始递增的无符号整数，用来关联Linux中的一个文件。在Linux中一切皆文件。

IO多路复用： 是利用单个线程来同时监听多个FD，并在某个FD可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源

不同监听FD的方式、通知的方式有多种实现，常见的有：

select

poll

epoll

差异

select和poll只会通知进程有FD就绪，但不确定具体是那个FD，需要用户进程逐个遍历FD来确认

epoll则会通知用户进程FD就绪的同时，把已就绪的FD写入用户空间

IO多路复用-select

缺点

需要将整个fd_set从用户空间拷贝到内核空间，select结束还要再次拷贝回用户空间

select无法得知具体是那个fd就绪，需要遍历整个fd_set

fd_set监听的fd数量不能超过1024

IO多路复用-poll

流程

创建pollfd数组，向其中添加关注fd信息，数组大小自定义

调用poll函数，将pollfd数组拷贝到内核空间，转链表存储，无上限

内核遍历fd，判断是否就绪

数据就绪或超时后，拷贝pollfd数组到用户空间，返回就绪fd数量

用户进程判断n是否大于0

大于0则遍历pollfd数组，找到就绪数组

与select对比

select模式中的fd_set大小固定为1024，而pollfd在内核中采用链表，理论上无上限

监听FD越多，每次遍历消耗时间也越久，性能反而会下降

IO多路复用-epoll

基于epoll实例中的红黑树保存要监听的FD，理论上无上限，而且增删改查效率都非常高，性能不会随着监听的FD数量增多而下降

每个FD只需执行一次epoll_ctl添加到红黑树，以后每次epol_wait无需传递任何参数，无需重复拷贝FD到内核空间

内核会将就绪的FD直接拷贝到用户空间的指定位置，用户进程无需遍历所有的FD就知道就绪的FD是谁

IO多路复用-事件通知机制

当FD有数据可读时，我们调用epoll_wait就可以得到通知，但是事件通知的模型有两种：

LevelTriggered：简称LT，当FD有数据可读时，会重复通知多次，直到数据处理完成

EdgeTriggered：简称ET，当FD有数据可读时，只会通知一次，不管数据是否处理完成

信号驱动IO

信号驱动IO是与内核建立SIGIO的信号关联并设置回调，当内核有FD就绪时，会发出SIGIO信号通知用户，期间用户应用可以执行其它业务，无需阻塞等待

当有大量IO操作时，信号较多，SIGIO处理函数不能及时处理可能导致信号队列溢出

而且内核空间与用户空间的频繁交互性能较低

异步IO

异步IO的整个过程都是非阻塞的，用户进程调用完异步API后就可以去做其它事情，内核等待数据就绪并拷贝到用户空间才会递交信号