IO有兩種操作，同步IO和異步IO。同步IO指的是，必須等待IO操作完成后，控制權才返回給用戶進程。異步IO指的是，無須等待IO操作完成，就將控制權返回給用戶進程。

網絡中的IO，由于不同的IO設備有著不同的特點，網絡通信中往往需要等待。常見的有以下4種情況。

（1）輸入操作：等待數據到達套接字接收緩沖區。

（2）輸出操作：等待套接字發送緩沖區有足夠的空間容納將要發送的數據。

（3）服務器接收連接請求：等待新的客戶端連接請求的到來。

（4）客戶端發送連接請求：等待服務器會送你個客戶的發起的SYN所對應的ACK。

當一個網絡IO（假設是read）發生時，它會涉及兩個系統對象，一個是調用這個IO的進程，另一個是系統內核。當一個read操作發生時，它會經歷兩個階段：（1）等待數據準備；（2）將數據從內核拷貝到進程中。

?

4種網絡IO模型

（1）阻塞IO模型（2）非阻塞IO模型（3）多路IO復用模型（4）異步IO模型

?

1.阻塞IO模型

在Linux中，默認情況下所有的socket都是阻塞的，一個典型的讀寫流程如下圖：

阻塞和非阻塞的概念描述的是用戶線程調用內核IO操作的方式：阻塞是指IO操作需要徹底完成后才返回用戶空間；而非阻塞是指IO操作被調用后立即返回給用戶一個狀態值，不需要等到IO操作徹底完成。

?

?2.非阻塞IO模型

在Linux下，可以通過設置socket使IO變為非阻塞狀態。當對一個非阻塞的socket執行read操作時，流程如下圖

?

?

3.多路IO復用模型

多路IO復用，有時也稱為事件驅動IO。它的基本原理就是有個函數（如select）會不斷地輪詢所負責的socket，當某個socket有數據到達了，就通知用戶進程，多路IO復用模型的流程圖如下：

?

?

select、poll和epoll的區別

select、poll和epoll都是多路IO復用的機制。多路IO復用就通過一種機制，可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程序進行相應的讀寫操作。但select、poll和epoll本質上都是同步IO，因為它們都需要在讀寫事件就緒后自己負責進行讀寫，即是阻塞的，而異步IO則無須自己負責進行讀寫，異步I/O的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。

下面對這3種多路IO復用進行對比。

（1） 首先還是來看常見的select()和poll()。對于網絡編程來說，一般認為poll比select要高級一些，這主要源于以下幾個原因。

1）poll()不要求開發者在計算最大文件描述符時進行+1的操作。

2）poll()在應付大數目的文件描述符的時候速度更快，因為對select()來說內核需要檢查大量描述符對應的fd_set中的每一個比特位，比較費時。

3）select()可以監控的文件描述符數目是固定的，相對來說也較少（1024或2048）。如果需要監控數值比較大的文件描述符，或是分布得很稀疏的較少的描述符，效率也會很低。而對于poll()函數來說，就可以創建特定大小的數組來保存監控的描述符，而不受文件描述符值大小的影響，而且poll()可以監控的文件數目遠大于select()。

4）對于select()來說，所監控的fd_set在select返回之后會發生變化，所以在下一次進入select()之前都需要重新初始化需要監控的fd_set，poll()函數將監控的輸入和輸出事件分開，允許被監控的文件數組被復用而不需要重新初始化。

5)select()函數的超時參數在返回時也是未定義的，考慮到可移植性，每次在超時之后在下一次進入到select()之前都需要重新設置超時參數。

（2）select()的優點如下所述。

1）select的可移植性更好，在某些UNIX系統上不支持poll().

2）select()對于超時值提供了更好的精度，而poll()是精度較差。

（3）epoll的優點如下所述。

1）支持一個進程打開大數目的socket描述符（FD）

select()最不能忍受的是一個進程所打開的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE的默認值是1024/2048。對于那些需要支持上萬連接數目的IM服務器來說顯然太少了。這時候可以選擇修改這個宏然后重新編譯內核。不過epoll則沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目，這個數字一般大于2048.舉個例子，在1GB內存的空間中這個數字一般是10萬左右，具體數目可以使用cat/proc/sys/fs/file-max查看，一般來說這個數目和系統內存關系很大。

2）IO效率不隨FD數目增加而線性下降。

傳統的select/poll另一個致命弱點就是當你擁有一個很大的socket集合，不過由于網絡延遲，任一時間只有部分的socket是“活躍”的，但是selecct/poll每次調用都會線性掃描全部的集合，導致效率呈現線性下降。但是epoll不存在這個問題，它只會對“活躍”的socket進行操作——這是因為在內核中實現epoll是根據每個fd上面的callback函數實現的。那么，只有“活躍”的socket才會主動去調用callback函數，其他idle狀態socket則不會，在這個點上，epoll實現了一個“偽”AIO，因為這時候推動力由Linux內核提供。

3）使用mmap加速內核與用戶空間的消息傳遞

這點實際上涉及epoll的具體實現。無論是selecct、poll還是epoll都需要內核把fd消息通知給用戶空間，如何避免不必要的內存拷貝就顯得尤為重要。在這點上，epoll是通過內核與用戶空間mmap處于同一塊內存實現的。

對于poll來說需要將用戶傳入的pollfd數組拷貝到內核空間，因為拷貝操作和數組長度相關，時間上來看，這是一個O(n)操作，當事情發生后，poll將獲得的數據傳送到用戶空間，并執行釋放內存和剝離等待隊列等工作，向用戶空間拷貝數據與剝離等待隊列等操作的時間復雜度同樣是O(n)。

?

轉載于:https://www.cnblogs.com/wuyepeng/p/10167751.html

《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的网络IO模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。