I/O复用和I/O模型

由《Unix网络编程卷1》总结而来。

1、I/O复用

同时监视多个I/O条件，在其中任意一个就绪时通知进程，这样的能力称为I/O复用。由select和poll函数支持，较新的还有Posix中的pselect函数。（Linux中还有epoll）。

I/O复用应用场合：

1）客户同时处理多个描述符时，必须使用I/O复用。
2）客户同时处理多个套接字时（比较少见）。
3）一个TCP服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字。
4）一个TCP服务器既要处理TCP，又要处理UDP。
5）一个TCP服务器要处理多个服务或多个协议。

2、I/O模型

Unix可用的5种I/O模型：

1）阻塞式I/O；
2）非阻塞I/O；
3）I/O复用（select和poll）；
4）信号驱动式I/O（SIGIO）；
5）异步I/O（Posix的aio_系列函数）。

一个输入操作一般包括两个阶段：

1）等待数据准备好
2）从内核向进程复制数据

2.1 阻塞式I/O模型

默认情形下，所有套接字都是阻塞的。

应用进程调用I/O操作时阻塞，只有等待要操作的数据准备好，并复制到应用进程的缓冲区中才返回，或者发生错误（系统调用被信号中断）返回。

2.2 非阻塞式I/O模型

当应用进程要调用的I/O操作导致阻塞时，也就是内核中的数据并没有准备好，直接返回一个错误！！！！；当已有数据准备好时，执行复制，并成功返回。

简言之，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前进程，而会立刻返回。

一般情况下，应用进程需要利用轮询（polling）的方式来检测某个操作是否就绪。往往耗费大量的CPU时间。

2.3 I/O复用模型

阻塞发生在select/poll的系统调用上，而不是阻塞在实际的I/O系统调用上。select/poll发现有数据就绪后，通过实际的I/O操作将数据复制到应用进程的缓冲区中。

I/O复用与阻塞式I/O并不显得有什么优势，且由于使用select需要两个而不是一个系统调用，I/O复用还稍显劣势。不过，使用select的优势在于我们可以等待多个描述符就绪。

2.4 信号驱动式I/O模型

让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号通知我们。

它的优势在于等待数据报到达期间进程不会被阻塞。

2.5 异步I/O模型

应用进程通知内核开始一个异步I/O操作，并让内核在整个操作（包含将数据从内核复制到应该进程的缓冲区）完成后通知应用进程。

原理：调用aio_read函数告诉内核在操作完成时如何通知我们，然后系统调用立即返回。并且在等待I/O完成期间，我们的进程不会被阻塞。操作完成时，内核会产生信号通知。

与信号I/O的区别是：信号I/O是内核通知何时可以启动一个操作，异步I/O是由内核通知我们I/O操作何时完成。！！！！完成后会产生指定的信号。

2.6 同步I/O和异步I/O对比

1）同步I/O操作导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成；
2）异步I/O操作不导致请求进程阻塞。

前4种模型都是同步I/O模型，因为其中真正的I/O操作将阻塞进程。