（轉）Linux網絡編程（5）：I/O模型

    這一部分的內容本來應該作爲第四部分內容，置於上一講之中的。由於當時自己學習時也存在很大的困惑，邊學邊用，因此造成了知識體系的不連貫性。我們開始學習吧。

(1)什麼是I/O複用（I/O multiplexing）呢？

        當你編寫的程序需要同時處理多個描述符（socket、file、device），你又不知道什麼時候（比方說有數據可以讀了）應該去操作（讀/寫）哪個描述符。這時候我們就要用到I/O複用。其實，I/O複用是一種讓進程預先“警告”內核能力，使得內核一旦發現進程預先告知時指定的一個或多個I/O條件（就是描述符）就緒（可以讀/寫了），內核就通知進程。
（2）I/O複用運用場合
1、如果一個TCP服務器既要處理監聽套接字，又要處理已連接套接字，一般就要使用I/O複用；
2、當客戶端處理多個描述符（通常是交互式輸入和網絡套接字）時，就必須使用I/O複用；
3、如果一個服務器既要處理TCP，又要處理UDP，一般就要使用I/O複用；
4、如果一個服務器要處理多個服務或多個協議，一般就要使用I/O複用。
（3）I/O模型
1、阻塞式I/O

        UDP函數recvfrom的內核到應用層、應用層到內核的調用過程是這樣的：首先把描述符、接受數據緩衝地址、大小傳遞給內核，但是如果此時與該套接口相應的緩衝區沒有數據，這個時候就recvfrom就會卡(阻塞)在這裏，知道數據到來的時候，再把數據拷貝到應用層，也就是傳進來的地址空間，如果沒有數據到來，就會使該函數阻塞在那裏，這就叫做阻塞I/O模型，如下圖：

2、非阻塞式I/O

        如果recvfrom從應用層到內核的時候，如果該緩衝區沒有數據的話，就直接給我返回，並且返回一個EWOULDBLOCK錯誤，一般都對非阻塞I/O模型進行輪詢，就是一直在檢查這個狀態，看內核是不是有數據到來調用，過程如下圖：

3、I/O複用（select和poll）

        設置一組套接字，如果這些套接字有一個以上出現了可讀、可寫、或者異常，select都會返回，這個時候，可以檢查室哪個套接字狀態達到了，因爲select函數的套接字集是 值=結果 的，當select返回的時候，集合中的套接字是變化的，這個返回的套接字是滿足要求的，通常程序的做法是，對想要了解的套接字，進行分開處理。使用select的好處是：能夠等待多個套接字準備好。 使用select需要兩個而不是單個系統調用，其優勢在於我們可以等待多個描述符就緒。另外，與I/O複用密切相關的另一種I/O模型是在多線程中使用阻塞式I/O，它沒有使用select阻塞在多個文件描述符上，而是使用多個線程（每個文件描述符一個線程），這樣每個線程都可以自由地調用諸如recvfrom之類的阻塞式I/O系統調用了。

4、信號驅動式I/O

       當內核爲我們準備好數據的時候，就會發送 SIGIO 信號，我們可以調用 sigaction 安裝 SIGIO 信號的處理函數，這個時候就可以在 SIGIO 信號處理函數中進行 recvfrom 函數來接受數據報。

5、異步I/O

      讓內核拷貝完之後通知我們。信號驅動I/O是當內核準備好數據的時候，通知我們可以調用recvfrom了，而異步I/O模型是內核通知我們I/O操作完成的時候通知我們。

參考資源：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/66976.htm