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I/O 模型概述

1. 同步I/O

1.1 阻塞式I/O

• 阻塞式I/O是最传统的I/O模型，调用如recvfrom后，用户进程会阻塞等待数据到达内核缓冲区并复制到应用进程缓冲区。

1.2 非阻塞式I/O

• 非阻塞式I/O通过循环调用recvfrom实现数据读取，若数据未到达则返回错误，否则复制数据到应用进程缓冲区（称为轮询机制）。

1.3 I/O 复用

• I/O 复用允许应用进程同时监控多个I/O流，首先调用select（或poll/epoll）阻塞直至检测到数据准备就绪，然后复制数据到应用进程缓冲区。

1.4 信号驱动I/O

• 信号驱动I/O通过设置信号处理函数，接收到信号后主循环再调用recvfrom读取数据，避免阻塞。

2. 异步I/O

• 异步I/O由 POSIX 规范定义，通过调用aio_read完成数据读取，内核完成数据处理后通知应用进程。

3. 输入操作流程

4. 同步I/O vs 异步I/O

• 同步I/O操作导致进程阻塞，适用于简单场景。
• 异步I/O不阻塞进程，适用于复杂或多任务环境。

5. 五种I/O模型

5.1 阻塞式I/O

• 数据到达后用户进程阻塞等待，直到数据被复制到应用进程缓冲区。

5.2 非阻塞式I/O

• 数据读取循环调用recvfrom，轮询数据状态，提升读取效率。

5.3 I/O 复用

• 应用进程阻塞调用select/poll/epoll，检测数据到达后复制数据。

5.4 信号驱动I/O

• 应用进程通过信号处理函数主动读取数据，避免阻塞。

5.5 异步I/O

• 内核完成数据读取后通知应用进程，进程通过信号处理函数读取数据。

6. I/O 多路复用详解

6.1 select

• 参数：文件描述符数组和 bitmap（1024位）。
• 内核复制文件描述符到内核态，检测数据到达并置位 bitmap，应用进程遍历文件描述符读取数据。

6.2 poll

• 结构体pollfd包含事件和重置位，函数复制文件描述符到内核态，使用 revent 置位，应用进程遍历读取数据。

6.3 epoll

• 不需要拷贝文件描述符到内核态，优化了性能，返回数据文件描述符数量，应用进程直接处理。

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