网络IO模型

同步（synchronous） IO、异步（asynchronous） IO、阻塞（blocking） IO、非阻塞（non-blocking）IO

1、阻塞IO（blocking IO）

系统调用（一般是IO接口）不返回调用结果并让当前线程一直阻塞，只有当该系统调用获得结果或者超时出错时才返回。

在此期间，线程将无法执行任何运算或响应任何的网络请求。

一个简单的改进方案是在服务器端使用多线程（或多进程）。多线程（或多进程）的目的是让每个连接都拥有独立的线程（或进程），这样任何一个连接的阻塞都不会影响其他的连接。

传统意义上，进程的开销要远远大于线程，所以如果需要同时为较多的客户机提供服务，则不推荐使用多进程；

如果单个服务执行体需要消耗较多的CPU资源，譬如需要进行大规模或长时间的数据运算或文件访问，则进程较为安全。

 

2、非阻塞IO（non-blocking IO）

当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。

从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。

一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。

在非阻塞式IO中，用户进程需要不断的主动询问kernel数据准备好了没有，严重影响性能。

 

3、多路复用IO（IO multiplexing）

即 select/epoll

select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。

它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。

当用户进程调用了select，那么整个进程会被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。

 

事件驱动模型：　　

　　普通的非阻塞IO是各个IO自行盲询自己的IO是否就绪，而IO复用则是以一个系统调用来完成所有IO是否就绪的轮询，如果就绪则执行IO操作。

　　事件驱动是IO复用的一种升级版本，IO复用是轮询所有的IO。

　　而事件驱动是只处理已经就绪的IO，首先开启socket信号驱动的功能（将socket放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树，并在内核终端处理程序中注册回调函数），当网卡检测到某个socket有数据来到时，内核就会将socket放入IO就绪队列，并从网卡拷贝数据到内核。

　　IO复用的缺点：

　　　　单线程能轮询的文件描述符有限1024；

　　　　需要轮询所有的IO，如果当前IO事件很多，但是就绪的非常少，那么会导致效率下降；

　　事件驱动则可以解决上述两个缺点，没有文件描述符的限制(通常都非常大，比如2G内存的机器都有655350)；只处理已经就绪的IO，可以过滤掉不活跃的IO轮询带来的损失。

　　同时使用mmap(内存映射)的方式，来减少IO数据从内核-用户控件的拷贝。

　　　　MMAP介绍：

　　　　　　1、用户空间、内核空间都是不能直接访问设备的物理地址

　　　　　　2、内核空间如果要访问设备的物理地址，需要先映射物理地址到内核的虚拟地址(页缓存)上，以后驱动程序访问这个虚拟地址

　　　　　　3、用户空间只能通过系统调用访问映射好的内核虚拟地址(页缓存)

　　　　　　这上面会有2次数据拷贝，硬件和内核空间，用户空间和内核空间。

　　　　而MMAP的目的是将2次拷贝转换为1次拷贝，节约拷贝数据带来的消耗。

　　　　将物理地址映射到一块内存，应用程序(用户区域)可以直接访问这块内存。

　　事件驱动的缺点：

　　　　如果各个IO都比较活跃，那么IO复用的全轮询也不会有太多的性能损失，但是注册socket驱动事件却会带来一些负担。

 

 4、异步IO（Asynchronous I/O）

 用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。

而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。

 

转自：http://blog.chinaunix.net/uid-28458801-id-4464639.html ，https://www.cnblogs.com/souyoulang/p/8873558.html