五種IO模型
關(guān)鍵詞：
pollepollselectchannelInputoutputAIOBIONIO多路復(fù)用多線程進(jìn)程用戶態(tài)內(nèi)核態(tài)字節(jié)流字符流
IO種類(lèi)分為： 阻塞IO，非阻塞IO，IO多路復(fù)用，信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO，異步IO 共5種
IO 全程 Input/Output，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介，大致可以分為網(wǎng)絡(luò) IO 和磁盤(pán) IO 兩種。一個(gè)完整的 IO 操作將經(jīng)歷一下兩個(gè)階段：用戶空間 <-> 內(nèi)核空間 <-> 設(shè)備空間。
IO具體是什么操作？
干了什么事？
為什么有5種類(lèi)型？
5種類(lèi)型分別解決了什么問(wèn)題？
只用阻塞IO可以嗎？
IO牽扯到具體的指令有哪些？
IO讀操作
真正的IO讀操作：外部設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)總線進(jìn)入RAM中系統(tǒng)空間的系統(tǒng)緩沖區(qū)。
用戶看到的假I(mǎi)O操作：用戶調(diào)用IO接口函數(shù)，從系統(tǒng)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)讀到自己的緩沖區(qū)或某個(gè)變量中
IO寫(xiě)操作
真正的IO寫(xiě)操作：RAM中系統(tǒng)空間的系統(tǒng)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)總線進(jìn)入外部設(shè)備。
用戶看到的假I(mǎi)O操作：用戶調(diào)用IO接口函數(shù)，把自己的某個(gè)變量或者自己的緩沖區(qū)寫(xiě)入系統(tǒng)緩沖區(qū)。
實(shí)際IO過(guò)程
用戶調(diào)用IO接口函數(shù)后會(huì)詢問(wèn)內(nèi)核緩沖區(qū)是否有目標(biāo)數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有內(nèi)核緩沖區(qū)在外部設(shè)備準(zhǔn)備好后接收IO接口傳來(lái)的數(shù)據(jù)，內(nèi)核緩沖區(qū)讀取外部設(shè)備的數(shù)據(jù)的過(guò)程是IO過(guò)程。
阻塞IO：
需要等待內(nèi)核 IO 操作徹底完成后才返回到用戶空間的 IO 操作。在 IO 操作過(guò)程中，發(fā)起 IO 請(qǐng)求的用戶進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)。
模型如下：
同步非阻塞IO
不需要等待內(nèi)核 IO 操作徹底完成就能立即返回用戶空間的 IO 操作。在 IO 操作過(guò)程中，發(fā)起 IO 請(qǐng)求的用戶進(jìn)程處于非阻塞狀態(tài)。
模型：
IO多路復(fù)用
解決了 NIO 中的頻繁輪詢 CPU 的問(wèn)題，并且引入一種新的 select 系統(tǒng)調(diào)用。
復(fù)用 IO 的基本思路就是通過(guò) slect 調(diào)用來(lái)監(jiān)控多 fd（文件描述符），來(lái)達(dá)到不必為每個(gè) fd 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的監(jiān)控線程的目的，從而減少線程資源創(chuàng)建的開(kāi)銷(xiāo)。一旦某個(gè)描述符就緒（一般是內(nèi)核緩沖區(qū)可讀/可寫(xiě)），內(nèi)核就能夠?qū)⑽募枋龇木途w狀態(tài)返回給用戶進(jìn)程（或者線程），用戶空間可以根據(jù)文件描述符的就緒狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的 IO 系統(tǒng)調(diào)用。
Linux中IO復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方式主要有Select，Poll和Epoll：
Select：注冊(cè)IO、阻塞掃描，監(jiān)聽(tīng)的IO最大連接數(shù)不能多于FD_ SIZE（1024）。
Poll：原理和Select相似，沒(méi)有數(shù)量限制，但I(xiàn)O數(shù)量大，掃描線性性能下降。
Epoll ：事件驅(qū)動(dòng)不阻塞，mmap實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與用戶空間的消息傳遞，數(shù)量很大，Linux2.6后內(nèi)核支持。
IO 多路復(fù)用（IO Multiplexing）屬于一種經(jīng)典的 Reactor 模式實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也稱(chēng)為異步阻塞 IO。
poll和epoll的區(qū)別：
在Java中，epoll和poll是用于實(shí)現(xiàn)I/O多路復(fù)用的機(jī)制，但它們?cè)诘讓訉?shí)現(xiàn)和使用方式上有一些區(qū)別。
1.poll是傳統(tǒng)的I/O多路復(fù)用機(jī)制，而epoll是Linux特有的高性能I/O多路復(fù)用機(jī)制。
2.poll使用的是輪詢方式，它通過(guò)遍歷文件描述符集合來(lái)檢查是否有事件發(fā)生，效率相對(duì)較低。
3.epoll使用的是事件通知方式，它通過(guò)注冊(cè)文件描述符和事件，并在事件發(fā)生時(shí)立即通知應(yīng)用程序，避免了不必要的輪詢，提高了效率。
信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO
信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO是異步阻塞IO，不需要等待IO的過(guò)程，但是從內(nèi)核讀取數(shù)據(jù)受到阻塞
異步IO
異步IO從圖上看很像信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO，但是實(shí)際差別很大，異步IO指異步非阻塞IO。異步IO不需要建立信號(hào)處理程序，再把IO接口函數(shù)放進(jìn)去。異步IO只需要調(diào)用IO接口函數(shù)，在里面加入數(shù)據(jù)處理函數(shù)即可，并且不存在任何阻塞
總結(jié)：
對(duì)比：
實(shí)際的多線程模型：
根據(jù)博客參考，實(shí)際的多線程模型有很多。在《操作系統(tǒng)》中介紹較少，理解起來(lái)并不是很全面。
多對(duì)一模型：進(jìn)程下的多個(gè)用戶級(jí)線程對(duì)應(yīng)著一個(gè)核心級(jí)線程，這也就是《操作系統(tǒng)》中說(shuō)這句話的默認(rèn)情景。操作系統(tǒng)知道核心線程，不知到用戶線程，當(dāng)用戶線程阻塞時(shí)會(huì)認(rèn)為是核心級(jí)線程阻塞，那么操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)度另一個(gè)核心級(jí)線程執(zhí)行。
一對(duì)一模型：進(jìn)程下的每個(gè)用戶級(jí)線程對(duì)應(yīng)著屬于自己的核心級(jí)線程。當(dāng)一個(gè)線程被阻塞時(shí)，操作系統(tǒng)能夠讓另一個(gè)核心級(jí)線程對(duì)應(yīng)的用戶線程繼續(xù)執(zhí)行。缺點(diǎn)是每個(gè)用戶線程都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)核心級(jí)線程，未免有些浪費(fèi)。
多對(duì)多模型：進(jìn)程下的每個(gè)用戶級(jí)線程對(duì)應(yīng)著多個(gè)核心級(jí)線程，每個(gè)核心級(jí)線程也對(duì)應(yīng)著多個(gè)用戶級(jí)線程。這個(gè)模型能完成前兩個(gè)模型能完成的任務(wù)，但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。
線程與進(jìn)程的區(qū)別與聯(lián)系
線程是輕量級(jí)的進(jìn)程
線程沒(méi)有獨(dú)立的地址空間(內(nèi)存空間)
線程是由進(jìn)程創(chuàng)建的(寄生在進(jìn)程)
一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程（這就是我們常說(shuō)的多線程編程）
