5种IO模型详解(select、poll、poll)

五种I/O模型

首先，我们需要明确几个基础概念：

同步：操作系统种的概念：是指必须在先行条件满足之后才能开始执行某一任务。在这里主要是指在触发了IO操作之后必须等待IO操作完成，才能执行接下来的任务。有同步阻塞和同步非阻塞之分。

异步：是指可以和某一个任务同时进行，互不干扰。在这里主要是指出发了IO操作后可以同时执行其他的任务。

阻塞：表示是否停滞在某一状态，无法进行其他操作。

非阻塞：开始某一任务后，可以进行其他操作，但需要定时询问此任务是否完成，也称为轮询。

从图中可以看出，同步阻塞模型中，线程在进行了系统调用之后，由于数据还没有准备好，此后一直处于内核态，直到数据准备完成并且从内核的缓冲区中拷贝到用户态的数据区中，系统才从内核才切换成用户态，才能继续执行下面处理数据的操作。

显而易见，这样的方式，大量的时间都阻塞在了内核态中，等待数据的时间都被白白浪费掉了。大大降低了系统的吞吐量，影响系统的并发性。

同步非阻塞IO模型和同步阻塞IO模型最大的区别在于在第一次进行了系统调用后，系统不会一直停留在内核态等待，而是立即切换为用户态，此后每隔一段时间就切换回内核态去查看数据是否准备完成，如果没有准备好则再次回到用户态执行其他操作，若事已经准备完成则进入数据拷贝阶段。

可以看到，此时在等待数据到来的过程中，系统的时间已经不是被完全浪费的了，而是通过不断询问的方式来查看是否可以进行下一步操作了。效率虽然得到了提升，但在用户态和内核态之间频繁切换的花销过大，显然还是不够尽如人意。

首先需要明确的是，IO多路复用模型的select、poll、epoll都是同步IO，也就是说调用了这些方法之后，都需要等待某一事情发生后，才能继续后面的拷贝操作！

那么区别到底在哪里呢主要是在于多个IO事件都可以注册在同一个复用器（select、epoll）上，然后调用该方法后，系统就开始监听所有注册进来的IO事件，一旦有一个或者多个IO事件的数据准备完成后，便会促使复用器告知之前已经设置好的某一进程（或自己），进来完成后续的操作（比如本文中的拷贝数据）。

IO多路复用模型的主要优势在于可以用一个线程去处理多个IO事件。

而select、poll、epoll实现的区别究竟在哪里呢？

当select复用器上注册的IO事件有一个或者多个满足了条件时，便会告知之前注册好的另一进程（或自己），但并没有告知具体是哪一个IO事件满足了条件，需要此线程自己去遍历注册的所有IO事件来寻找。
poll与select类似，区别在于select对于注册的IO事件的数量有限制，而poll没有此限制，但注册的事件数量过多时，性能明显下降。
epoll与前两者最大的区别在于，注册器会告诉相应的线程，究竟是哪个IO事件满足了条件，不需要再去遍历所有的IO事件。