IO模型

概念

同步/异步

同步：一个任务的完成需要依赖另外一个任务，只有被依赖的任务完成时才完成。同步是可靠的任务序列。

异步：不需要等待被异步的任务完成，只要自己完成调用就算完成。异步是不可靠的任务序列。

实现异步的三种方式：轮询状态、通知、回调

阻塞/非阻塞

阻塞：在调用结果返回前，不能处理其他任务。

非阻塞：在依赖任务完成前，可以处理其他任务。

组合

多路复用

内核一旦发现指定进程的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。其最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程。IO多路复用的实现方式主要有select、poll、epoll三种，本质上是同步的，读写过程是阻塞的。

实现

select

select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

select具体良好的跨平台性，但受限于最大文件描述符数量，64位linux平台默认为2048，可通过cat /proc/sys/fs/file-max文件查看。

select函数的具体案例为::select(maxFd + 1, &rfds, &wfds, &efds, tv))，如果tv参数为nullptr，则select函数会阻塞住，直到有某个文件描述符状态发生变化；如果设置为0则会立即返回；如果设置为其他时间则达到这个时间后超时返回。

在DRA实际使用中，如果有定时任务，tv参数设置为下一个定时任务的执行时间，否则设置为nullptr。

poll

poll和select没有本质区别，其基于链表来存储，因此没有最大连接数的限制。

缺点：

1. 需要在poll或者select函数返回后遍历文件描述符来获取就绪的socket，如果有大量的连接但极少处于就绪状态则效率会比较低下。
2. 大量的fd数组被整体从内核空间拷贝到用户空间，大量拷贝可能没有意义。

epoll

epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的拷贝只需一次。epoll支持水平触发LT（level trigger）和边缘触发ET（edge trigger），最大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就绪态，并且只会通知一次。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。

epoll使用过程中需要三个接口：

int epoll_create(int size)；//创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

异步AIO

Linux提供了AIO库函数实现异步，但是用的很少。其他开源的库有libevent、libev、libuv等。

总结

简单说，select和poll是轮询的方式，epoll是通知(callback)的方式。

高并发程序一般使用同步非阻塞方式而非多线程+同步阻塞方式，因为线程太多调度开销也会很大。