（转）Linux网络编程（5）：I/O模型

    这一部分的内容本来应该作为第四部分内容，置于上一讲之中的。由于当时自己学习时也存在很大的困惑，边学边用，因此造成了知识体系的不连贯性。我们开始学习吧。

(1)什么是I/O复用（I/O multiplexing）呢？

        当你编写的程序需要同时处理多个描述符（socket、file、device），你又不知道什么时候（比方说有数据可以读了）应该去操作（读/写）哪个描述符。这时候我们就要用到I/O复用。其实，I/O复用是一种让进程预先“警告”内核能力，使得内核一旦发现进程预先告知时指定的一个或多个I/O条件（就是描述符）就绪（可以读/写了），内核就通知进程。
（2）I/O复用运用场合
1、如果一个TCP服务器既要处理监听套接字，又要处理已连接套接字，一般就要使用I/O复用；
2、当客户端处理多个描述符（通常是交互式输入和网络套接字）时，就必须使用I/O复用；
3、如果一个服务器既要处理TCP，又要处理UDP，一般就要使用I/O复用；
4、如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般就要使用I/O复用。
（3）I/O模型
1、阻塞式I/O

        UDP函数recvfrom的内核到应用层、应用层到内核的调用过程是这样的：首先把描述符、接受数据缓冲地址、大小传递给内核，但是如果此时与该套接口相应的缓冲区没有数据，这个时候就recvfrom就会卡(阻塞)在这里，知道数据到来的时候，再把数据拷贝到应用层，也就是传进来的地址空间，如果没有数据到来，就会使该函数阻塞在那里，这就叫做阻塞I/O模型，如下图：

2、非阻塞式I/O

        如果recvfrom从应用层到内核的时候，如果该缓冲区没有数据的话，就直接给我返回，并且返回一个EWOULDBLOCK错误，一般都对非阻塞I/O模型进行轮询，就是一直在检查这个状态，看内核是不是有数据到来调用，过程如下图：

3、I/O复用（select和poll）

        设置一组套接字，如果这些套接字有一个以上出现了可读、可写、或者异常，select都会返回，这个时候，可以检查室哪个套接字状态达到了，因为select函数的套接字集是 值=结果 的，当select返回的时候，集合中的套接字是变化的，这个返回的套接字是满足要求的，通常程序的做法是，对想要了解的套接字，进行分开处理。使用select的好处是：能够等待多个套接字准备好。 使用select需要两个而不是单个系统调用，其优势在于我们可以等待多个描述符就绪。另外，与I/O复用密切相关的另一种I/O模型是在多线程中使用阻塞式I/O，它没有使用select阻塞在多个文件描述符上，而是使用多个线程（每个文件描述符一个线程），这样每个线程都可以自由地调用诸如recvfrom之类的阻塞式I/O系统调用了。

4、信号驱动式I/O

       当内核为我们准备好数据的时候，就会发送 SIGIO 信号，我们可以调用 sigaction 安装 SIGIO 信号的处理函数，这个时候就可以在 SIGIO 信号处理函数中进行 recvfrom 函数来接受数据报。

5、异步I/O

      让内核拷贝完之后通知我们。信号驱动I/O是当内核准备好数据的时候，通知我们可以调用recvfrom了，而异步I/O模型是内核通知我们I/O操作完成的时候通知我们。

参考资源：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/66976.htm