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在设计网络通讯程序时，需要通过一种机制来确定网络中某些事件的发生。例如，当主机A向主机B发送数据时，在主机B接收到数据时需要让应用程序读取数据，那么应用程序何时读取数据呢？也就是说，应用程序如何确定网络中何时有数据需要接收呢？这就需要在设计网络应用程序时选择一个I/O模型。在Windows操作系统中，I/O模型主要有6种，下面分别介绍。
阻塞式 I/O
应用进程被阻塞，直到数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区中才返回
非阻塞式I/O
当你调用read时，如果有数据收到，就返回数据，如果没有数据收到，就立刻返回一个错误，如EWOULDBLOCK。这样是不会阻塞线程了，但是你还是要不断的轮询来读取或写入。相当于你去查看有没有数据，告诉你没有，过一会再来吧！应用过一会再来问，有没有数据？没有数据，会有一个返回。但是依旧很不好。应用必须得过一会来一下，问问内核有木有数据啊。这和现实很像啊！好多情况都得去某些地方问问好了没有？木有，明天再过来。明天，好了木有？木有，后天再过来。。。。。忙碌的应用。。。。
I/O复用
I/O复用概述
I/O复用
多路复用是指使用一个线程来检查多个文件描述符（Socket）的就绪状态，比如调用select和poll函数，传入多个文件描述符（FileDescription，简称FD），如果有一个文件描述符（FileDescription）就绪，则返回，否则阻塞直到超时。得到就绪状态后进行真正的操作可以在同一个线程里执行，也可以启动线程执行（比如使用线程池）。虾米意思？就是派一个代表，同时监听多个文件描述符是否有数据到来。等着等着，如有有数据，就告诉某某你的数据来啦！赶紧来处理吧。有没有很感动，一个人待着，帮了很多人。医院的黄牛，一个人排队，大家只要把钱给它，它就会把号给需要的人，开个玩笑。。。。
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select和recvfrom
- select
理解了select就抓住了I/O多路复用的精髓，对应的操作系统中调用的则是系统的select函数，该函数会等待多个I/O事件(比如读就绪，写)的任何一个发生，并且只要有一个网络事件发生，select线程就会执行。如果没有任何一个事件发生则阻塞。我们在下面小节中会重点讲述。函数如下：
#include<sys/select.h>
#include<sys/time.h>
int select(int maxfdpl, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);
- recvfrom
用于从（已连接）套接口上接收数据。
阻塞、非阻塞
这张图可以看出阻塞式I/O、非阻塞式I/O、I/O复用、信号驱动式I/O他们的第二阶段都相同。
阻塞式I/O和I/O复用，两个阶段都阻塞，那区别在哪里呢？就在于第三节讲述的Selector，虽然第一阶段都是阻塞，但是阻塞式I/O如果要接收更多的连接，就必须创建更多的线程。I/O复用模式下在第一个阶段大量的连接统统都可以过来直接注册到Selector复用器上面，同时只要单个或者少量的线程来循环处理这些连接事件就可以了，一旦达到“就绪”的条件，就可以立即执行真正的I/O操作。这就是I/O复用与传统的阻塞式I/O最大的不同。也正是I/O复用的精髓所在。
I/O 多路复用 select、poll 和 epoll
select
我们先分析一下select函数：
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, d_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout);
【参数说明】
（1）int maxfdp1 指定待测试的文件描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1
（2）readset、writeset、exceptset，分别对应读、写、异常条件的描述符集合。fd_set 使用数组实现，数组大小使用 FD_SETSIZE 定义。
（3）timeout 为超时参数，调用 select 会一直阻塞直到有描述符的事件到达或者等待的时间超过 timeout。
【返回值】
int 若有就绪描述符返回其数目，若超时则为0，若出错则为-1
【select 运行机制】
select()的机制中提供一种fd_set的数据结构，实际上是一个long类型的数组，每一个数组元素都能与一打开的文件句柄（不管是Socket句柄,还是其他文件或命名管道或设备句柄）建立联系，建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根据IO状态修改fd_set的内容，由此来通知执行了select()的进程哪一Socket或文件可读。
【select机制的问题】
- 每次调用select，都需要把fd_set集合从用户态拷贝到内核态，如果fd_set集合很大时，那这个开销也很大
- 同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd_set，如果fd_set集合很大时，那这个开销也很大
- 为了减少数据拷贝带来的性能损坏，内核对被监控的fd_set集合大小做了限制，并且这个是通过宏控制的，大小不可改变(限制为1024)
poll
int poll(struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
typedef struct pollfd {
int fd; // 需要被检测或选择的文件描述符
short events; // 对文件描述符fd上感兴趣的事件
short revents; // 文件描述符fd上当前实际发生的事件
} pollfd_t;
pollfd 使用链表实现
select 和 poll 的比较
-
功能
select 和 poll 的功能基本相同，不过在一些实现细节上有所不同。- select 会修改描述符，而 poll 不会；
- select 的描述符类型使用数组实现，FD_SETSIZE 大小默认为 1024，因此默认只能监听 1024 个描述符。如果要监听更多描述符的话，需要修改 FD_SETSIZE 之后重新编译；而 poll 的描述符类型使用链表实现，没有描述符数量的限制；
- poll 提供了更多的事件类型，并且对描述符的重复利用上比 select 高
-
速度
select 和 poll 速度都比较慢- select 和 poll 每次调用都需要将全部描述符从应用进程缓冲区复制到内核缓冲区
- select 和 poll 的返回结果中没有声明哪些描述符已经准备好，所以如果返回值大于 0 时，应用进程都需要使用轮询的方式来找到 I/O 完成的描述符
-
epoll
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
- epoll_create 函数创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量。调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。
- epoll_ctl 函数注册要监听的事件类型。
- epoll_wait 函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目，调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。
epoll 能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统 CPU 利用率。原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。
| select | poll | epoll | |
|---|---|---|---|
| 操作方式 | 遍历 | 遍历 | 回调 |
| 底层实现 | 数组 | 链表 | 哈希表 |
| IO效率 | 每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n) | 每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n) | 事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到readyList里面，时间复杂度O(1) |
| 最大连接数 | 1024（x86）或2048（x64） | 无上限 | 无上限 |
| fd拷贝 | 每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态 | 每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态 | 调用epoll_ctl时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝 |