五种网络IO模型以及多路复用IO中select/epoll对比

下面都是以网络读数据为例

【2阶段网络IO】

第一阶段：等待数据 wait for data

第二阶段：从内核复制数据到用户 copy data from kernel to user

下面是5种网络IO模型

【阻塞blocking IO】

两阶段全程阻塞

recvfrom -> [syscall -> wait -> copy ->] return OK

【非阻塞nonblocking IO】

第一阶段是非阻塞的不断检查是否数据准备好，第二阶段阻塞读取数据

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return no data ready

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return no data ready

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return ready

recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

【多路复用IO multiplexing】

每个IO都是非阻塞IO，第一阶段通过select/poll方法，一次性轮询多个IO句柄，检查是否有IO句柄准备好，第二阶段阻塞读取数据

select/pool -> [syscall -> wait ->] return readable

recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

【信号驱动signal driven IO】

第一阶段构造一个信号处理器，第二阶段阻塞读取数据

signal handle -> [syscall -> wait ->] return

[syscall ->] signal handle -> recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

【异步asynchronous IO】

两阶段都是非阻塞

aio_read -> [syscall -> wait ->] return

[syscall -> copy ->] aio_read callback

5种网络IO对比，只有aio才是全程非阻塞，其它4种都是同步IO。

阻塞IO编程简单，这种方式使用很广泛，但是效率较低。

非阻塞IO效率较高，但是编程较复杂，有开发语言和代码库支持就简单多了。

多路复用非阻塞IO效率比非阻塞IO更高，在大规模的网络IO处理中尤其明显，支持的程序也越来越多。

异步IO效率很高，但是编程很复杂。node.js中使用的就是异步IO。

【select / epoll 对比】

select不足的地方：

1 每次select都要把全部IO句柄复制到内核

2 内核每次都要遍历全部IO句柄，以判断是否数据准备好

3 select模式最大IO句柄数是1024，太多了性能下降明显

epoll的特点

1 每次新建IO句柄(epoll_create)才复制并注册(epoll_ctl)到内核

2 内核根据IO事件，把准备好的IO句柄放到就绪队列

3 应用只要轮询(epoll_wait)就绪队列，然后去读取数据

只需要轮询就绪队列（数量少），不存在select的轮询，也没有内核的轮询，不需要多次复制所有的IO句柄。因此，可以同时支持的IO句柄数轻松过百万。

网络编程，一定要非常了解网络IO模型，对系统设计和架构选型才能有更好的选择和把握。

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