多路I/O复用模型

socket

1.socket，也就是我们所说的套接字，通俗来讲，就是当客户端给我们发送数据的时候需要一个入口，而服务端接受数据的时候需要一个出口，而这两个“口子”就是socket，类似两个人打电话，电话其实就类似于socket

2.linux分为用户空间（用户态）和内核空间（内核态），用户空间只能执行比较安全一点的命令，像socket都是基于内核空间来使用，read，write都是socket封装的系统调用函数，当我们使用这些函数的时候，系统会切换到内核态，由内核来完成这些操作

3.当我们在用户空间调用read函数时，数据会先从网卡拷贝到内核空间，也就是socket缓存区，然后在拷贝到用户空间。write刚好相反，会先从用户空间拷贝到内核空间，再由内核空间拷贝到网卡

fd

在linux中，一切皆文件，一切资源都可以通过文件来访问和管理。而fd，就是我们说的文件描述符，非负整数，类似于资源文件的索引（符号），指向某个资源，内核利用fd来访问和管理

同步阻塞模型：

当我们客户端发起一个socket连接时，这个时候循环去执行这个socket，等待客户端的连接，如果客户端存在多个的话，就会就行阻塞，当处理完一个客户端请求，socket才能继续往下执行，处理其他客户端请求
优点：单线程，资源占用率小
缺点：请求多时，会发生阻塞，进行等待，服务端会一直得不到响应

同步非阻塞模型：

1.当客户端没有和服务端发生请求的时候，服务端会不断的进行socket连接请求，返回一个不正常的fd，直到服务端与客户端发生了请求，这个时候才会返回一个正常的fd
2.和同步阻塞区别在于，像accept，read这种系统函数调用的时候，同步非阻塞是不会阻塞住的，当数据没有到来之前，同步非阻塞也不会进行等待，而是返回一个不正常的值，直到请求到客户端发送的数据，返回一个正常的fd
优点：减少了进程间的阻塞
缺点：加大了系统的开销，需要不断进行进程间的切换，在用户态和内核态不断的进行操作

io多路复用三种模式

select

nfds 3个监听的文件描述符最大值 + 1
readfds要监听的可读文件描述符集合
writefds 要监听的可写文件描述符集合
writefds 要监听的异常文件描述符集合
timeval  本次调用的超时时间 0：超时 ，小于：出错 ，大于： 已就绪的文件描述符数量
//获取就绪事件
int select（
    int nfds
    fd_set *readfds
    fd_set *writefds
    fd_set *exceptfds
    struct  timeval * timeout
）
fd_set 在入参和出参表达的意思是不一样的，在入参的时候表示监听哪些fd，在出参的时候监听哪些fd准备就绪，底层是通过位图来实现的，也就是0和1

流程：
假如服务端监听了4个socket，然后拿到4个socket对应的fd，
用户态去调用socket，首先会将4个fd拷贝到内核态，
内核态会对这4个fd进行遍历，
如果发现有对应的socket发送来数据，代表这个socket对应的fd已就绪，就会对当前这个fd打上一个标签，并且返回一个整数值，有几个fd就绪，就返回几
用户态拿到这些返回值并不能区分是哪个fd就绪，会对这些fd进行遍历O(N)次，找到已经就绪的fd

如果遍历一次fd集合，发现没有fd就绪
select会将一个当前的一个用户进程阻塞起来，当客户端像服务端发送数据的时候，会将这个数据保存到网卡，网卡通过DMA的方式将这个数据包保存到指定的内存中，然后会通过中断信号告诉cpu有指定的数据包到达，cpu会响应中断信号进行处理。
首先会根据数据包的ip和端口号找到对应的socket，然后把数据保存到socket的一个接收队列，然后再检查这个等待队列里面是否有进程进行阻塞等待，如果有的话，就会唤醒该进程，重新检查一遍fd集合是否有fd准备就绪，如果有的话就返回，重复这个流程

优点：不需要每个fd都需要进行一次用户态和内核态的切换
缺点：单进程监听的fd默认1024
        每次返回fd不能准确的知道是哪个，需要进行遍历操作
        fd_set每次调用完需要重置

poll

数据结构进行了一定的优化，使用两个变量来存储监听fd和就绪fd，不用每次执行完重置fd_set ，底层使用了链表，额没有1024的限制。其余执行流程和select基本类似

优点：不需要每个fd都需要进行一次用户态和内核态的切换
缺点：每次返回fd不能准确的知道是哪个，需要进行遍历操作

epoll

对应三个函数

创建epoll
//size 要监听的文件描述符数量
//epoll 返回的文件描述符
int epoll_create（int size）

epoll_create： 这个函数会返回一个int，代表我们创建的一个对应的文件描述符（fd），后面就可以通过返回的这个fd来操作epoll

事件注册
//epfd 返回的文件描述符 epoll_create 返回
//op 操作类型 1新增 2删除 3更新
//fd 本次要操作的文件描述符
//epoll_event 要监听的事件 读事件 写事件等
//retutn 调用成功返回0 不成功返回-1
int epoll_ctl（epfd，op，fd，epoll_event）

获取就绪事件
//epfd 返回的文件描述符 epoll_create 返回
//events 用于回传就绪事件
//maxevents 每次能处理的最大事件数
//timeout 等待I/O的超时时间 -1阻塞  0非阻塞
//return 大于0：已就绪的文件描述符数  等于0：超时 小于0：出错
int epoll_wait(epfd，events, maxevents，timeout )

首先通过epoll_create创建出来一个epoll
epoll在底层的数据结构对应的是eventpoll，这个数据结构主要有三个参数
wq   等待队列  （当我们没事件就绪，这个时候会有进程进行阻塞，会将我们这个进程关联到等待队列里面，以便我们后续有进程到来，可以去唤醒这个进程）
rdllist  就绪队列（用来存储我们有哪些事件已经就绪，可以很方便的知道）
rbr   红黑树（可以通过红黑树的这种方式，把我们需要操作的文件存储起来，进行高效的增删改查）


当我们调用epoll_ctl的时候，会将fd拷贝到内核态，并且将它封装成epitem这种数据空间
里面除了有关联eventpoll的值外，还会有个很重要的参数，等待队列（ep_poll_callback）

当我们调用epoll_wait的时候，会先去看就绪队列是否有以及就绪的数据，如果没有就会通知cpu阻塞当前进程，放到等待队列，让出cpu给其他的进程

流程：
假设客户端有数据发送过来，会通过网络传输到网卡上，网卡会通过DMA写到我们指定的内存里面，会通过给cpu发送个中断信号，cpu会响应这个中断操作，会根据ip加端口找到对应的socket，然后socktet会将这个数据放到一个接收队列里面去，然后会调用ep_poll_callback这个回到函数，这个回调函数会将我们当前的这个数据添加到就绪队列里面去，会唤醒等待队列，唤醒成功后接着回去判断就绪列表是够有就绪事件，如果有就直接返回用户空间