【网络编程】五种网络IO模式

　对于一次IO访问（以read为例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个read操作发生时，会经历两个阶段：

　　1、等待数据准备

        2、将数据从内核拷贝到进程中

linux系统产生了下面五种网络模式的方案：

　　1、阻塞IO（blocking IO）

　　2、非阻塞IO（nonblocking IO）

　　3、IO多路复用（IO multiplexing）

　　4、信号驱动IO（signal driven IO）不常用

       5、异步IO （asynchronous IO）

1、阻塞IO（blocking IO）

     这种IO模型是同步的，在linux 中，默认情况下所有的socket都是blocking IO, 一个典型的读操作流程： 

 2、非阻塞IO（nonblocking IO）

非阻塞IO模型 只有是检查无数据的时候是非阻塞的，在数据到达的时候依然要等待复制数据到用户空间，因此它还是同步IO。

当用户线程发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。如果结果是一个error（errno == EAGAIN || EWOULDBLOCK）时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以先做别的事情然后再次发送read操作。一旦内核中的数据准备好了，并且又再次收到了用户线程的请求，那么它马上就将数据拷贝到了用户线程，然后返回。

所以事实上，在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。

 

设置非阻塞常用方式：

方式一: 创建socket 时指定

int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_TCP);

方式二: 在使用前通过如下方式设定

fcntl(sockfd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFL, 0) | O_NONBLOCK);

3、IO多路复用

当用户进程调用了select，那么整个进程就会被block，而同时，kernel会 “监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

所以，IO多路复用的特点是通过一种机制，一个进程能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入就绪状态，select()函数就可以返回。

这里需要使用两个system call（select 和 recvfrom），而blocking IO只调用了一个system call（recvfrom）。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。

如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用mutil-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。

select/epoll 的优势并不是对于单个连接能处理得更好，而是在于能同时处理更多的连接。

下面这幅图形象的说明了select/poll和epoll的区别。

select/poll

• 委托内核进行操作
• 只会通知有几个任务可用，但不知道具体哪几个任务，还需遍历

epoll

• 委托内核进行操作
• 会通知具体有哪几个任务可用

 关于根据的IO多路复用问题，将在另外的文章做详细的说明。

4、信号驱动IO

     使用信号驱动I/O时，当网络套接字可读后，内核通过发送SIGIO信号通知应用进程，于是应用可以开始读取数据。该方式并不是异步I/O，因为实际读取数据到应用进程缓存的工作仍然是由应用自己负责的。 

 

5、异步IO

当用户进程发起一个read操作后，内核收到该read操作后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程 阻塞，然后它会等待数据的准备完成，再把数据拷贝到用户内存，完成之后，它会给用户进程发送一个信号，告诉用户进程read操作已完成.