APUE，TLPI，UNP读书笔记——linux IO模型以及IO复用

异步，同步，阻塞，非阻塞的区别：

参考：知乎

阻塞指线程被挂起，关注程序调用结果返回的状态

同步和异步指的是调用后是否立即返回,是否得到结果，关注的是消息机制

linux上的五种IO模型：

1.阻塞式IO

程序一直阻塞在读写函数的调用上，一直等待内核数据复制完成。阻塞同步

2.非阻塞式IO

进程反复调用recvform轮询，直到返回成功指示。非阻塞同步

3.IO复用

进程阻塞在select调用，但IO可读写时，调用读写处理。

4.信号驱动IO

调用前准备信号处理，在IO事件发生时递交信号，交由信号处理。

5.异步IO

异步IO是由内核通知我们IO何时完成。

IO复用：

select：select

       #include 

       int pselect(int nfds, fd_set *restrict readfds,
           fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict errorfds,
           const struct timespec *restrict timeout,
           const sigset_t *restrict sigmask);
       int select(int nfds, fd_set *restrict readfds,
           fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict errorfds,
           struct timeval *restrict timeout);
       
       void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
       int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
       void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
       void FD_ZERO(fd_set *fdset);

poll：poll

       #include 
       int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout);

           #include 
           #include 
           ...
           struct pollfd fds[2];
           int timeout_msecs = 500;
           int ret;
               int i;

           /* Open STREAMS device. */
           fds[0].fd = open("/dev/dev0", ...);
           fds[1].fd = open("/dev/dev1", ...);
           fds[0].events = POLLOUT | POLLWRBAND;
           fds[1].events = POLLOUT | POLLWRBAND;

           ret = poll(fds, 2, timeout_msecs);

           if (ret > 0) {
               /* An event on one of the fds has occurred. */
               for (i=0; i<2; i++) {
                   if (fds[i].revents & POLLWRBAND) {
                   /* Priority data may be written on device number i. */
           ...
                   }
                   if (fds[i].revents & POLLOUT) {
                   /* Data may be written on device number i. */
           ...
                   }
                   if (fds[i].revents & POLLHUP) {
                   /* A hangup has occurred on device number i. */
           ...
                   }
               }
           }

对于select，poll何时能够让文件描述符变为就绪。SUSv3规定：如果对IO函数调用不会阻塞，无论是否能够传输数据，就指定为就绪。

select，poll的比较：

1.select的fd_set有个1024的默认上限。

2.循环中重复调用时，select重复初始化fd_set；poll通过独立的evenets（针对输入）和revenets（针对输出）处理，避免重复调用。

3.select提供超时精度微秒，而poll为毫秒

4.当一个被检查的文件描述符关闭时，poll的revents会设置POLLNVAL标记，会准确告知那个文件关闭；select只会返回1，设置错误码为EBADF，只有自己通过在描述符上执行IO检查错误码才能判断。

select和poll存在的问题：

1.检查所有被指定的文件描述符

2.传递表示被检查的文件描述符的数据结构给内核，会随文件描述符增大而增大，占用拷贝时间等等

3.而这调用后必须检查每个元素查明文件描述符的就绪态。

epoll：epoll

epoll支持ET和LT模式，select，poll只支持LT，信号驱动IO支持ET；并且在大量描述符检查时性能比select和poll更优

           #define MAX_EVENTS 10
           struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
           int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd;

           /* Code to set up listening socket, 'listen_sock',
              (socket(), bind(), listen()) omitted */

           epollfd = epoll_create1(0);//epoll新创建方式
           if (epollfd == -1) {
               perror("epoll_create1");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }//防御式编程，每次调用系统函数用这种形式判断调用是否成功。

           ev.events = EPOLLIN;//检测的事件
           ev.data.fd = listen_sock;//检测的fd
           if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {
               perror("epoll_ctl: listen_sock");
               exit(EXIT_FAILURE);
           }

           for (;;) {
               nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);//最大返回max_evenets个就绪的fd
               if (nfds == -1) {
                   perror("epoll_wait");
                   exit(EXIT_FAILURE);
               }

               for (n = 0; n < nfds; ++n) {
                   if (events[n].data.fd == listen_sock) {
                       conn_sock = accept(listen_sock,
                                          (struct sockaddr *) &addr, &addrlen);
                       if (conn_sock == -1) {
                           perror("accept");
                           exit(EXIT_FAILURE);
                       }
                       setnonblocking(conn_sock);
                       ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                       ev.data.fd = conn_sock;
                       if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                                   &ev) == -1) {
                           perror("epoll_ctl: conn_sock");
                           exit(EXIT_FAILURE);
                       }
                   } else {
                       do_use_fd(events[n].data.fd);
                   }
               }
           }

这里有一篇：epoll的LT和ET模式的参考 ET和LT