【Linux】高级IO模型

五种常见的高级IO模型

常见的IO模型为：阻塞IO，非阻塞IO，信号驱动IO，多路转接IO，异步IO。

阻塞IO

在socket编程中，调用recv函数或者是recvfrom函数这类阻塞类型函数时，如果内核并未将数据准备好(数据处于未就绪状态)，该函数就会阻塞等待，直到内核已经将数据准备好之后(数据处于就绪状态)，函数才会返回。
当操作系统内核没有将数据准备好，函数就会一直阻塞等待，这种IO模型就称之为阻塞IO

非阻塞IO

在进程等待时，调用wait_pid函数，若函数设置option为WNOHANG，那么当调用wait_pid时，如果制定的子进程没有结束，那么函数也会返回，因此需要我们搭配循环来进行使用。
当操作系统内核没有将数据准备好，函数不会等待，也会返回，这种IO模型称之为非阻塞IO

信号驱动IO

对于UDP编程而言，调用recvfrom函数，函数本身是阻塞IO的，但是我们可以将其调整为信号驱动IO
1、将SIGIO信号的信号处理函数进行自定制，和recvfrom函数进行绑定。
2、数据到达接收缓冲器之后，进行SIGIO信号的注册
3、该信号会调用recvfrom函数进行处理
这样的依靠信号来进行IO操作的模型，我们称之为信号驱动IO

异步IO

异步IO是与同步IO相对的
如果一个线程正在进行执行代码，但是遇到一个IO操作，那么就需要等待IO操作完成之后才能进行后续的代码，而在执行IO时，该线程被挂起，而其他需要CPU执行的线程也无法获取CPU，也就是一个IO操作阻塞了当前的线程，并且导致所有的线程都无法继续执行，这就是同步IO。

当代码需要执行一个耗时的IO操作，CPU只需要发送IO指令即可，无需等待IO结果，而是去执行其他代码，当IO返回结果时，再通知CPU去处理。

多路转接

主要有三种方式：select，poll，epoll
其目的都是帮助用户监控文件描述符对应的事件，如果产生了对应的事件，则通知用户进行处理

select

使用事件集合的方式，分为读事件集合，写事件集合，异常事件集合，监控上线是1024个文件描述符，监控成功后返回就绪的事件集合，并且将未就绪的文件描述符从事件集合中去掉，再次监控时需要重新添加
缺点：监控效率低，O(n)，监控的文件描述符有上限1024个

优点：支持跨平台

poll

使用事件结构的方式，需要监控的文件描述符以及关心的事件一起放入事件结构中，事件结构数组的大小不受限
缺点：监控效率低，O(n)，不支持跨平台

epoll

使用事件结构的方式，需要监控的文件描述符和关系的事件一起放入事件结构中，并且多个事件结构是被放在红黑树中的，未就绪的事件结构是在红黑树中的，当某个事件就绪之后，就会放入一个就绪的双向链表中，程序员调用epoll_wait函数从双向链表中拿就绪的事件结构即可

优点：使用事件结构的方式，无需重新赋值，采用红黑树进行遍历，遍历的效率高，并且使用双向链表存储已就绪的事件，后续只要调用epoll_wait函数查看双向链表中是否有数据即可

缺点：不支持跨平台

epoll的两种工作模式：ET模式(边缘触发)，LT模式(水平触发)

ET模式：如果某个事件触发epoll监控，用户去处理了，但是没有完全处理完，那么下次再次进行监控时，该事件不会再被放入双向链表中，也就是说下次epoll不会再返回该事件结构了。
例如：当监控的文件描述符有了我们关心的读事件就绪，如果有10k的数据被写到了该文件描述符对应的缓冲区，那么调用epoll_wait函数时，会收到对应的事件结构，如果我们只拿走了5k，那么下次再进行epoll_wait读取时，该事件结构就不会再被获取到

LT模式：如果某个事件触发epoll监控，用户去处理了，但是没有完全处理完，那么下次再次进行监控时，该事件会再次被放入双向链表中，也就是说下次epoll依然会再返回该事件结构。
例如：当监控的文件描述符有了我们关心的读事件就绪，如果有10k的数据被写到了该文件描述符对应的缓冲区，那么调用epoll_wait函数时，会收到对应的事件结构，如果我们只拿走了5k，那么下次再进行epoll_wait读取时，该事件结构会再被获取到