一、概念理解
linux中IO的類型分為四類：同步（sync）和異步（async）,阻塞（block）和非阻塞（unblock）
同步：發出一個功能調用時，在沒有得到結果前會一直等待，直到返回結果。
異步：當異步過程調用發出后，調用者不能立刻得到結果。在完成后，通過通知機制或回調函數來通知調用者
阻塞：調用結果返回前，當前線程會被掛起（線程進入非可執行狀態，在這個狀態下，CPU不會給線程分配時間片，即線程暫停運行）。函數只有在得到結果后才返回
注意：同步和阻塞是不同的，對同步調用，線程是激活的，當調用者等待的時候，線程還可以處理其它請求，而阻塞線程是會掛起的，是不會處理其它請求的。
非阻塞：在結果返回前，函數不會阻塞當前線程，而會立刻返回
同步IO和異步IP的區別在于：數據拷貝的時候進程是否阻塞。
阻塞IO和非阻塞IO的區別在于：應用程序的調用是否立即返回
二、linux下的五種I/O模型
1、阻塞I/O (blocking I/O)
2、非阻塞I/O (nonblocking I/O)
3、I/O 復用 (I/O multiplexing)
4、信號驅動I/O (signal driven I/O (SIGIO))
5、異步I/O (asynchronous I/O)
前四種都是同步，只有最后一種才是異步IO
阻塞IO模型：
進程會一直阻塞，直到數據拷貝完成
應用程序調用一個IO函數，導致應用程序阻塞，等待數據準備好。數據準備好后，從內核拷貝到用戶空間，IO函數返回成功指示。阻塞IO模型圖如下所示：
非阻塞IO模型
通過進程反復調用IO函數，在數據拷貝過程中，進程是阻塞的。模型圖如下所示
IO復用模型
主要是select和epoll，對一個IO端口，兩次調用，兩次返回，關鍵能實現同時對多個IO端口進行監聽。模型如下所示
信號驅動IO
兩次調用，再次返回
首先我們允許套接口進行信號驅動IO，并安裝一個信號處理函數，進程繼續運行并不阻塞。當數據準備好時，進程會收到一個SIGIO信號，可以在信號處理函數中調用IO函數處理數據，模型如下所示
異步IO模型
數據拷貝時進程無阻塞，模型如下所示
5個IO模型的比較
如果這種模型難以理解，筆者利用去飯館吃面做解釋，有不符合的地方請諒解：
blocking IO:去飯館點過面后，一直要在飯館等待面做好
nonblocking IO:去飯館點過面后，可以出去，但不知道什么時間面才好，要過1分鐘來看下，處于忙等待，其它什么事也做不了。
multiplexing IO:這里相當于飯館加了一個服務員，去飯館點面不用知會老板，而是知會服務員，知會后在店里等待服務員通知面做好，在等待這段時間內，服務員也可以招待其它人員。服務員通知面做好了，自己把面端過來
signal-driven IO:在飯館點過面后，可以出去，等面做好了，老板會打電話通知，但是面還是要自己端過來
asynchronous IO:去飯館點過面后，可以出去，出去前指定自己坐哪個位置，等面做好了，老板會把面端到你指定的位置，再打電話通知你
三、select、poll、epoll簡介
epoll是linux所特有，而select是POSIX所規定，一般操作系統均有實現。
select：查找
select本質是通過設置或檢查存放fd標志位的數據結構來進行下一步處理。缺點是：
1、單個進程可監視的fd數量被限制，即能監聽端口的大小有限。
一般來說和系統內存有關，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位默認是1024個，64位默認為2048個
2、對socket進行掃描時是線性掃描，即采用輪詢方法，效率低。
當套接字比較多的時候，每次select()都要遍歷FD_SETSIZE個socket來完成調度，不管socket是否活躍都遍歷一遍。會浪費很多CPU時間。如果能給套接字注冊某個回調函數，當他們活躍時，自動完成相關操作，就避免了輪詢，這正是epoll與kqueue做的
3、需要維護一個用來存放大量fd的數據結構，會使得用戶空間和內核空間在傳遞該結構時復制開銷大
poll：
poll本質和select相同，將用戶傳入的數據拷貝到內核空間，然后查詢每個fd對應的設備狀態，如果設備就緒則在設備等待隊列中加入一項并繼續遍歷，如果遍歷所有fd后沒有發現就緒設備，則掛起當前進程，直到設備就緒或主動超時，被喚醒后又要再次遍歷fd
它沒有最大連接數的限制，原因是它是基于鏈表來存儲的，但缺點是：
1、大量的fd的數組被整體復制到用戶態和內核空間之間，不管有無意義。
2、poll還有一個特點“水平觸發”，如果報告了fd后，沒有被處理，那么下次poll時再次報告該ffd。
epoll：
epoll支持水平觸發和邊緣觸發，最大特點在于邊緣觸發，只告訴哪些fd剛剛變為就緒態，并且只通知一次。還有一特點是，epoll使用“事件”的就緒通知方式，通過epoll_ctl注冊fd，一量該fd就緒，內核就會采用類似callback的回調機制來激活該fd，epoll_wait便可以收到通知。
epoll的優點：
1、沒有最大并發連接的限制
2、效率提升，只有活躍可用的FD才會調用callback函數
3、內存拷貝，利用mmap()文件映射內存加速與內核空間的消息傳遞。
select、poll、epoll區別總結：
1、支持一個進程打開連接數
select：32位機器1024個，64位2048個
poll：無限制，原因基于鏈表存儲
epoll：有上限，但很大，2G內存20W左右
2、IO效率
select：IO效率低
poll：IO效率低
epoll：只有活躍的socket才調用callback，IO效率高。
3、消息傳遞方式
select：內核需要將消息傳遞到用戶空間，都需要內核拷貝動作
poll：同上
epoll：通過內核與用戶空間共享一塊內存來實現。
本文系轉載文章，感謝原作者的辛勤付出！
來源：http://linuxkingdom.blog.51cto.com/6334977/1654813
