阻塞I/O、非阻塞I/O和I/O多路復用

一、阻塞I/O

首先，要從你常用的IO操作談起，比如read和write，通常IO操作都是阻塞I/O的，也就是說當你調用read時，如果沒有數據收到，那么線程或者進程就會被掛起，直到收到數據。阻塞的意思，就是一直等着。阻塞I/O就是等着數據過來，進行讀寫操作。應用的函數進行調用，但是內核一直沒有返回，就一直等着。應用的函數長時間處於等待結果的狀態，我們就稱為阻塞I/O。每個應用都得等着，每個應用都在等着，浪費啊！很像現實中的情況。大家都不干活，等着數據過來，過來工作一下，沒有的話繼續等着。

二、非阻塞I/O

非阻塞IO很簡單，通過fcntl（POSIX）或ioctl（Unix）設為非阻塞模式，這時，當你調用read時，如果有數據收到，就返回數據，如果沒有數據收到，就立刻返回一個錯誤，如EWOULDBLOCK。這樣是不會阻塞線程了，但是你還是要不斷的輪詢來讀取或寫入。相當於你去查看有沒有數據，告訴你沒有，過一會再來吧！應用過一會再來問，有沒有數據？沒有數據，會有一個返回。但是依舊很不好。應用必須得過一會來一下，問問內核有木有數據啊。這和現實很像啊！好多情況都得去某些地方問問好了沒有？木有，明天再過來。明天，好了木有？木有，后天再過來。。。。。忙碌的應用。。。。

三、I/O多路復用

多路復用是指使用一個線程來檢查多個文件描述符（Socket）的就緒狀態，比如調用select和poll函數，傳入多個文件描述符（FileDescription，簡稱FD），如果有一個文件描述符（FileDescription）就緒，則返回，否則阻塞直到超時。得到就緒狀態后進行真正的操作可以在同一個線程里執行，也可以啟動線程執行（比如使用線程池）。蝦米意思？就是派一個代表，同時監聽多個文件描述符是否有數據到來。等着等着，如有有數據，就告訴某某你的數據來啦！趕緊來處理吧。有沒有很感動，一個人待着，幫了很多人。醫院的黃牛，一個人排隊，大家只要把錢給它，它就會把號給需要的人，開個玩笑。。。。

參考如下：

作者：用心閣
鏈接：https://www.zhihu.com/question/28594409/answer/74003996
來源：知乎
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四、多路復用的三種方式（都是上面的I/O的多路復用，但是進行了改進）

1、select

 

　　【1】每次調用select()都需要把fd(文件描述符)從用戶態拷貝到內核態，開銷比較大

　　【2】每次都需要在內核遍歷傳入的fd（文件描述符）

　　【3】select支持文件數量比較小，默認是1024

2、poll

　　poll的實現和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll使用pollfd結構而不是select的fd_set結構，支持的文件數量比較多，不僅僅是1024

3、epoll

　　select/poll只提供了一個函數，selct/poll函數，但是epoll一下子就提供了3個函數，真是人多力量大，難怪這么強，如下3個函數：

epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是創建一個epoll句 柄；epoll_ctl是注冊要監聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產生。

epoll既然是對select和poll的改進，就應該能避免上述的三個缺點。那epoll都是怎么解決的呢？在此之前，我們先看一下epoll和select和poll的調用接口上的不同，select和poll都只提供了一個函數——select或者poll函數。而epoll提供了三個函數，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是創建一個epoll句柄；epoll_ctl是注冊要監聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產生。

　　對於第一個缺點，epoll的解決方案在epoll_ctl函數中。每次注冊新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進內核，而不是在epoll_wait的時候重復拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。

　　對於第二個缺點，epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對應的設備等待隊列中，而只在epoll_ctl時把current掛一遍（這一遍必不可少）並為每個fd指定一個回調函數，當設備就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調用這個回調函數，而這個回調函數會把就緒的fd加入一個就緒鏈表）。epoll_wait的工作實際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd（利用schedule_timeout()實現睡一會，判斷一會的效果，和select實現中的第7步是類似的）。

　　對於第三個缺點，epoll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，這個數字一般遠大於2048,舉個例子,在1GB內存的機器上大約是10萬左右，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數目和系統內存關系很大。

總結：

（1）select，poll實現需要自己不斷輪詢所有fd集合，直到設備就緒，期間可能要睡眠和喚醒多次交替。而epoll其實也需要調用epoll_wait不斷輪詢就緒鏈表，期間也可能多次睡眠和喚醒交替，但是它是設備就緒時，調用回調函數，把就緒fd放入就緒鏈表中，並喚醒在epoll_wait中進入睡眠的進程。雖然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的時候要遍歷整個fd集合，而epoll在“醒着”的時候只要判斷一下就緒鏈表是否為空就行了，這節省了大量的CPU時間。這就是回調機制帶來的性能提升。

（2）select，poll每次調用都要把fd集合從用戶態往內核態拷貝一次，並且要把current往設備等待隊列中掛一次，而epoll只要一次拷貝，而且把current往等待隊列上掛也只掛一次（在epoll_wait的開始，注意這里的等待隊列並不是設備等待隊列，只是一個epoll內部定義的等待隊列）。這也能節省不少的開銷。

參考：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html

五、python的select模塊