為什么我執(zhí)意要先把NIO基礎(chǔ)原理放到最開始來講，主要是因?yàn)榧狙校挥欣斫夂昧嗽恚拍芨玫娜ダ斫釴IO誉察。
一与涡、用戶空間和內(nèi)核空間
在linux操作系統(tǒng)，會把內(nèi)存分為兩塊，一塊是內(nèi)核空間驼卖，一塊用戶空間氨肌。關(guān)于這一部分的知識，不做詳細(xì)分析酌畜，可以去看一下這個:Linux的用戶空間與內(nèi)核空間
我們都知道怎囚，為了OS的安全性等的考慮，進(jìn)程是無法直接操作I/O設(shè)備的桥胞，其必須通過系統(tǒng)調(diào)用請求內(nèi)核來協(xié)助完成I/O動作恳守，而內(nèi)核會為每個I/O設(shè)備維護(hù)一個buffer。我們每次請求IO設(shè)備的時(shí)候埠戳，我們都要先請求內(nèi)核井誉，內(nèi)核操作IO設(shè)備，把數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)核Buffer中整胃，然后內(nèi)核再把Buffer中的數(shù)據(jù)讀取到用戶進(jìn)程的內(nèi)存中。
這就像我們?nèi)ャy行取錢一樣喳钟，三個角色，用戶（用戶），收銀員（內(nèi)核）锐锣，金庫（IO設(shè)備）未蝌，用戶肯定是不能直接去金庫中取錢，先要經(jīng)過收銀員易茬，然后收銀員去金庫中取錢酬蹋，再把錢交給用戶。
二抽莱、UNIX下的五種IO模型
- 阻塞IO
- 非阻塞IO
- IO多路復(fù)用
- 信號驅(qū)動IO
- 異步IO
1范抓、阻塞IO
用戶線程發(fā)起調(diào)用read發(fā)起IO讀操作，用戶線程阻塞食铐，內(nèi)容等待數(shù)據(jù)從IO設(shè)備中讀入 Buffer匕垫，完成后將數(shù)據(jù)拷貝至用戶線程內(nèi)存中，完成read操作虐呻。
這里可以看成小磊（用戶線程）去銀行取錢
1.小磊：我要取錢（發(fā)起read請求）（阻塞象泵，只能一直等，等到收銀員把錢準(zhǔn)備好）
2.收銀員：你稍等斟叼，我叫人（IO 設(shè)備）幫你準(zhǔn)備錢（等待數(shù)據(jù)到達(dá)偶惠，也就是從IO設(shè)備把數(shù)據(jù)讀到內(nèi)核Buffer中）
3.（取完錢了回來了）收銀員：錢取好了，你收好（數(shù)據(jù)到達(dá)了朗涩，等待用戶拿錢）
4.小磊把錢裝進(jìn)包里（數(shù)據(jù)拷貝忽孽，完成read請求），小磊很開心，可以直接花錢了扒腕。
2绢淀、非阻塞IO模型
用戶發(fā)起調(diào)用read請求發(fā)起IO讀操作，系統(tǒng)不會立刻阻塞用戶線程瘾腰，而是立刻返回一個錯誤標(biāo)識ewouldblock皆的，用戶進(jìn)程判斷該錯誤標(biāo)識是ewouldblock，就能夠知道數(shù)據(jù)還在準(zhǔn)備蹋盆，然后會進(jìn)行其他的操作费薄，用戶線程可以再次發(fā)送read請求，可以不斷輪詢栖雾，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢楞抡，然后講數(shù)據(jù)拷貝至用戶線程的內(nèi)存中，完成read操作析藕。
好了召廷，我們再來取一次錢：
1.小磊：我要取錢（發(fā)起read請求）
2.收銀員：好的，我叫人（IO 設(shè)備）幫你準(zhǔn)備錢账胧，你可以做點(diǎn)別的事情（小磊可以去做一些其它的操作竞慢，喝杯咖啡，打兩把王者爸文唷）
3.小磊打完游戲后（當(dāng)然也可以什么都不做）筹煮，再次詢問：錢取好了嗎？4.收銀員：沒好
5.小磊又可以繼續(xù)干其它事情居夹，或者再次詢問(不斷輪詢)败潦，直到收銀員說準(zhǔn)備好了(數(shù)據(jù)到達(dá)了)
6.準(zhǔn)備好了后，小磊把錢裝進(jìn)包里（數(shù)據(jù)拷貝准脂，IO完成）
3劫扒、IO多路復(fù)用
多路復(fù)用函數(shù) select把一些文件描述符(下面有文件描述符的定義)集合在一起某個文件描述符的狀態(tài)發(fā)生變化 比如進(jìn)入"寫就緒"或者 "讀就緒"狀態(tài) ，函數(shù)select就會立即返回并且通知進(jìn)程讀取或者寫入數(shù)據(jù)如果沒有I/O操作到達(dá)進(jìn)程就會阻塞直到函數(shù)select超時(shí)退出為止意狠。
IO多路復(fù)用就是基于select函數(shù)實(shí)現(xiàn)粟关，用戶進(jìn)程調(diào)用了select，整個線程就會被阻塞环戈，此時(shí)內(nèi)核就會監(jiān)視所有select負(fù)責(zé)的socket闷板，一旦其中有一個socket中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，select就會返回院塞，然后用戶在調(diào)用read操作遮晚。
多路復(fù)用的優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：多路復(fù)用比阻塞IO還多了一個select的系統(tǒng)調(diào)用，在處理連接數(shù) 不高的情況下拦止，可能性能還會低于阻塞IO县遣，優(yōu)點(diǎn)：可以同時(shí)處理多個socket
OK糜颠，原理性的東西完畢了，是時(shí)候取錢了萧求，但是這次取錢不一樣了其兴，小磊他想出國玩，他需要人民幣買機(jī)票夸政，又需要美元在國外使用元旬，當(dāng)然，這家銀行也挺給力守问，提供取美元的服務(wù)匀归，不過美元和人民幣在不同的金庫(socket)中。
1.小磊：我要取人民幣和美元耗帕。（select請求）
2.收銀員：我去叫人（不同的socket）幫你準(zhǔn)備穆端，你稍等（小磊必須等待了，阻塞）仿便，收銀員不斷問準(zhǔn)備錢的人取好了嗎或者等待準(zhǔn)備錢的人告訴收銀員錢準(zhǔn)備好了(對應(yīng)下面的三種模型)
3.一旦存在任何一個（美元或者人民幣準(zhǔn)備好了体啰，也就是socket中有數(shù)據(jù)了）準(zhǔn)備好了，立馬通知小磊拿錢（數(shù)據(jù)拷貝）
4.接著小磊就把錢裝進(jìn)口袋里了（數(shù)據(jù)拷貝完成）
此時(shí)探越，你就取了一種紙幣了狡赐，接著你可以繼續(xù)請求（select()）取另外一種紙幣
文件描述符fd
Linux的內(nèi)核將所有外部設(shè)備都可以看做一個文件來操作。那么我們對與外部設(shè)備的操作都可以看做對文件進(jìn)行操作钦幔。我們對一個文件的讀寫，都通過調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用常柄；內(nèi)核給我們返回一個filedescriptor（fd,文件描述符）鲤氢。而對一個socket的讀寫也會有相應(yīng)的描述符，稱為socketfd(socket描述符）西潘。描述符就是一個數(shù)字卷玉，指向內(nèi)核中一個結(jié)構(gòu)體（文件路徑，數(shù)據(jù)區(qū)喷市，等一些屬性）相种。那么我們的應(yīng)用程序?qū)ξ募淖x寫就通過對描述符的讀寫完成。
每個進(jìn)程在PCB中保存著一份文件描述符表品姓，文件描述符就是這個表的索引寝并，索引對應(yīng)的位置有一個指向已打開文件的指針。例如圖中的stdin腹备，文件描述符是1衬潦，它的指針指向鍵盤文件，stdout植酥，文件描述是2镀岛，它的指針指向顯示器文件 弦牡，指向文件是一個結(jié)構(gòu)體 ，結(jié)構(gòu)體中保存了一些相關(guān)信息漂羊。
通過上面應(yīng)該大概能知道IO多路復(fù)用的大概流程了吧驾锰，但是，有一個點(diǎn)很重要的地方走越，內(nèi)核是如何檢測IO準(zhǔn)備完成的（收銀員如何確認(rèn)錢準(zhǔn)備好的）椭豫。
于是UNIX操作系統(tǒng)提供以下三種模型：
select
基本原理：select 函數(shù)監(jiān)視的fd分3類，分別是writefds买喧、readfds捻悯、和exceptfds。調(diào)用后select函數(shù)會阻塞淤毛，直到有fd就緒（有數(shù)據(jù) 可讀今缚、可寫、或者有except）低淡，或者超時(shí)（timeout指定等待時(shí)間姓言，如果立即返回設(shè)為null即可），函數(shù)返回蔗蹋。當(dāng)select函數(shù)返回后何荚，可以通過遍歷fdset，來找到就緒的描述符猪杭。
缺點(diǎn)：
FD限制餐塘，32位系統(tǒng)1024個，64位2048
遍歷方式為輪詢
需要維護(hù)一個用來存放大量fd的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)皂吮，這樣會使得用戶空間和內(nèi)核空間在傳遞該結(jié)構(gòu)時(shí)復(fù)制開銷大
poll
poll和select基本上沒太大區(qū)別戒傻，主要區(qū)別在于他存儲fd是基于鏈表的形式，所以理論上來說沒有最大連接限制蜂筹，但是他同樣的會在大量連接的時(shí)候需纳，效率非常低。
epoll
epoll是select和poll的增強(qiáng)版本艺挪。
基本原理：epoll支持水平觸發(fā)和邊緣觸發(fā)不翩，最大的特點(diǎn)在于邊緣觸發(fā)，它只告訴進(jìn)程哪些fd剛剛變?yōu)榫途w態(tài)麻裳，并且只會通知一次口蝠。還有一個特點(diǎn)是，epoll使用“事件”的就緒通知方式掂器，通過epollctl注冊fd亚皂，一旦該fd就緒，內(nèi)核就會采用類似callback的回調(diào)機(jī)制來激活該fd国瓮，epollwait便可以收到通知灭必。
沒有最大連接的限制
效率高狞谱，隨著fd的增加不會降低效率
內(nèi)存拷貝，利用mmap()文件映射內(nèi)存加速與內(nèi)核空間的消息傳遞禁漓；即epoll使用mmap減少復(fù)制開銷跟衅。
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是紅黑樹，效率非常高
小結(jié)：三種模式播歼，select和poll都是輪詢的方式伶跷，在連接數(shù)量高的時(shí)候效率極低，epoll是基于事件驅(qū)動的秘狞，在連接數(shù)量高的時(shí)候效率不會降低
4.信號驅(qū)動異步IO
這種io模型用的比較少叭莫，我就不介紹太多了，他是一種非阻塞IO模型烁试，用戶進(jìn)程發(fā)起IO請求后雇初，可以繼續(xù)執(zhí)行其他操作，等待內(nèi)核準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)减响，會遞交一個SIGIO信號給用戶進(jìn)程靖诗，用戶進(jìn)程收到該信號后就知道數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，然后再次發(fā)起IO請求支示，進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝刊橘。
5、異步IO
當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)起讀操作的時(shí)候颂鸿，會立刻得到一個返回促绵，用戶進(jìn)程會繼續(xù)執(zhí)行其他操作，內(nèi)核會等待數(shù)據(jù)到達(dá)嘴纺，并且將數(shù)據(jù)拷貝到用戶進(jìn)程的緩沖區(qū)中绞愚，拷貝完成后，內(nèi)核會發(fā)送一個信號給用戶進(jìn)程颖医，用戶進(jìn)程收到這個信號后，可以直接使用已經(jīng)拷貝好的數(shù)據(jù)裆蒸。
這異步IO的方式可以理解為收銀員不僅幫你把錢準(zhǔn)備好了熔萧，還會主動塞進(jìn)你口袋里。
三僚祷、同步佛致、異步、阻塞和非阻塞對比
同步IO和異步IO：他們最主要的區(qū)別就是同步IO還需要用戶進(jìn)程去拷貝數(shù)據(jù)辙谜，這段時(shí)間用戶進(jìn)程會阻塞俺榆，而異步IO就不需要去拷貝數(shù)據(jù)了，收到信號后装哆，數(shù)據(jù)已經(jīng)被拷貝完成了罐脊。
阻塞和非阻塞：阻塞是指用戶進(jìn)程必須等定嗓，非阻塞是指用戶進(jìn)程可以去執(zhí)行其他操作。
