小編給大家分享一下IO模型及select、poll、epoll和kqueue的區(qū)別有哪些，希望大家閱讀完這篇文章之后都有所收獲，下面讓我們一起去探討吧！

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• blocking I/O

• nonblocking I/O

• I/O multiplexing (select and poll)

• signal driven I/O (SIGIO)

• asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)—————異步IO模型最大的特點是 完成后發(fā)回通知。

  阻塞與否，取決于實現(xiàn)IO交換的方式。

       異步阻塞是基于select，select函數(shù)本身的實現(xiàn)方式是阻塞的，而采用select函數(shù)有個好處就是它可以同時監(jiān)聽多個文件句柄.

       異步非阻塞直接在完成后通知，用戶進(jìn)程只需要發(fā)起一個IO操作然后立即返回，等IO操作真正的完成以后，應(yīng)用程序會得到IO操作完成的通知，此時用戶進(jìn)程只需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就好了，不需要進(jìn)行實際的IO讀寫操作，因為真正的IO讀取或者寫入操作已經(jīng)由內(nèi)核完成了。

1 blocking I/O 

這個不用多解釋吧，阻塞套接字。下圖是它調(diào)用過程的圖示：

重點解釋下上圖，下面例子都會講到。首先application調(diào)用 recvfrom()轉(zhuǎn)入kernel，注意kernel有2個過程，wait for data和copy data from kernel to user。直到最后copy complete后，recvfrom()才返回。此過程一直是阻塞的。

2 nonblocking I/O： 

與blocking I/O對立的，非阻塞套接字，調(diào)用過程圖如下：

可以看見，如果直接操作它，那就是個輪詢。。直到內(nèi)核緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)。

3 I/O multiplexing (select and poll) 

最常見的I/O復(fù)用模型，select。

select先阻塞，有活動套接字才返回。與blocking I/O相比，select會有兩次系統(tǒng)調(diào)用，但是select能處理多個套接字。

4 signal driven I/O (SIGIO) 

只有UNIX系統(tǒng)支持，感興趣的課查閱相關(guān)資料

與I/O multiplexing (select and poll)相比，它的優(yōu)勢是，免去了select的阻塞與輪詢，當(dāng)有活躍套接字時，由注冊的handler處理。

5 asynchronous I/O (the POSIX aio_functions) 

很少有*nix系統(tǒng)支持，windows的IOCP則是此模型

完全異步的I/O復(fù)用機制，因為縱觀上面其它四種模型，至少都會在由kernel copy data to appliction時阻塞。而該模型是當(dāng)copy完成后才通知application，可見是純異步的。好像只有windows的完成端口是這個模型，效率也很出色。

6 下面是以上五種模型的比較

可以看出，越往后，阻塞越少，理論上效率也是最優(yōu)。

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5種模型的比較比較清晰了，剩下的就是把select,epoll,iocp,kqueue按號入座那就OK了。

select和iocp分別對應(yīng)第3種與第5種模型，那么epoll與kqueue呢？其實也于select屬于同一種模型，只是更高級一些，可以看作有了第4種模型的某些特性，如callback機制。

為什么epoll,kqueue比select高級？ 

答案是，他們無輪詢。因為他們用callback取代了。想想看，當(dāng)套接字比較多的時候，每次select()都要通過遍歷FD_SETSIZE個Socket來完成調(diào)度,不管哪個Socket是活躍的,都遍歷一遍。這會浪費很多CPU時間。如果能給套接字注冊某個回調(diào)函數(shù)，當(dāng)他們活躍時，自動完成相關(guān)操作，那就避免了輪詢，這正是epoll與kqueue做的。

windows or *nix （IOCP or kqueue/epoll）？

誠然，Windows的IOCP非常出色，目前很少有支持asynchronous I/O的系統(tǒng)，但是由于其系統(tǒng)本身的局限性，大型服務(wù)器還是在UNIX下。而且正如上面所述，kqueue/epoll 與 IOCP相比，就是多了一層從內(nèi)核copy數(shù)據(jù)到應(yīng)用層的阻塞，從而不能算作asynchronous I/O類。但是，這層小小的阻塞無足輕重，kqueue與epoll已經(jīng)做得很優(yōu)秀了。

提供一致的接口，IO Design Patterns

實際上，不管是哪種模型，都可以抽象一層出來，提供一致的接口，廣為人知的有ACE,Libevent（基于reactor模式）這些，他們都是跨平臺的，而且他們自動選擇最優(yōu)的I/O復(fù)用機制，用戶只需調(diào)用接口即可。說到這里又得說說2個設(shè)計模式，Reactor and Proactor。見：Reactor模式--VS--Proactor模式。Libevent是Reactor模型，ACE提供Proactor模型。實際都是對各種I/O復(fù)用機制的封裝。

Java nio包是什么I/O機制？

 現(xiàn)在可以確定，目前的java本質(zhì)是select()模型，可以檢查/jre/bin/nio.dll得知。至于java服務(wù)器為什么效率還不錯。。我也不得而知，可能是設(shè)計得比較好吧。。-_-。

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總結(jié)一些重點：

1. 只有IOCP是asynchronous I/O，其他機制或多或少都會有一點阻塞。

2. select低效是因為每次它都需要輪詢。但低效也是相對的，視情況而定，也可通過良好的設(shè)計改善

3. epoll, kqueue、select是Reacor模式，IOCP是Proactor模式。

4. java nio包是select模型。。

（二）epoll 與select的區(qū)別

1. 使用多進(jìn)程或者多線程，但是這種方法會造成程序的復(fù)雜，而且對與進(jìn)程與線程的創(chuàng)建維護(hù)也需要很多的開銷。（Apache服務(wù)器是用的子進(jìn)程的方式，優(yōu)點可以隔離用戶）  （同步阻塞IO）

2.一種較好的方式為I/O多路轉(zhuǎn)接（I/O multiplexing）（貌似也翻譯多路復(fù)用），先構(gòu)造一張有關(guān)描述符的列表（epoll中為隊列），然后調(diào)用一個函數(shù)，直到這些描述符中的一個準(zhǔn)備好時才返回，返回時告訴進(jìn)程哪些I/O就緒。select和epoll這兩個機制都是多路I/O機制的解決方案，select為POSIX標(biāo)準(zhǔn)中的，而epoll為Linux所特有的。

區(qū)別（epoll相對select優(yōu)點）主要有三：

1.select的句柄數(shù)目受限，在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明：#define __FD_SETSIZE    1024  表示select最多同時監(jiān)聽1024個fd。而epoll沒有，它的限制是最大的打開文件句柄數(shù)目。

2.epoll的最大好處是不會隨著FD的數(shù)目增長而降低效率，在selec中采用輪詢處理，其中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似一個數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而epoll是維護(hù)一個隊列，直接看隊列是不是空就可以了。epoll只會對"活躍"的socket進(jìn)行操作---這是因為在內(nèi)核實現(xiàn)中epoll是根據(jù)每個fd上面的callback函數(shù)實現(xiàn)的。那么，只有"活躍"的socket才會主動的去調(diào)用 callback函數(shù)（把這個句柄加入隊列），其他idle狀態(tài)句柄則不會，在這點上，epoll實現(xiàn)了一個"偽"AIO。但是如果絕大部分的I/O都是“活躍的”，每個I/O端口使用率很高的話，epoll效率不一定比select高（可能是要維護(hù)隊列復(fù)雜）。

3.使用mmap加速內(nèi)核與用戶空間的消息傳遞。無論是select,poll還是epoll都需要內(nèi)核把FD消息通知給用戶空間，如何避免不必要的內(nèi)存拷貝就很重要，在這點上，epoll是通過內(nèi)核于用戶空間mmap同一塊內(nèi)存實現(xiàn)的。

關(guān)于epoll工作模式ET，LT    

epoll有兩種工作方式

ET：Edge Triggered，邊緣觸發(fā)。僅當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時才會通知，epoll_wait返回。換句話，就是對于一個事件，只通知一次。且只支持非阻塞的socket。

LT：Level Triggered，電平觸發(fā)（默認(rèn)工作方式）。類似select/poll,只要還有沒有處理的事件就會一直通知，以LT方式調(diào)用epoll接口的時候，它就相當(dāng)于一個速度比較快的poll.支持阻塞和不阻塞的socket。

三 Linux并發(fā)網(wǎng)絡(luò)編程模型

    1  Apache 模型，簡稱 PPC （ Process Per Connection ，）:為每個連接分配一個進(jìn)程。主機分配給每個連接的時間和空間上代價較大，并且隨著連接的增多，大量進(jìn)程間切換開銷也增長了。很難應(yīng)對大量的客戶并發(fā)連接。

    2  TPC 模型（ Thread Per Connection ）：每個連接一個線程。和PCC類似。

    3  select 模型：I/O多路復(fù)用技術(shù)。

       .1 每個連接對應(yīng)一個描述。select模型受限于 FD_SETSIZE即進(jìn)程最大打開的描述符數(shù)linux2.6.35為1024,實際上linux每個進(jìn)程所能打開描數(shù)字的個數(shù)僅受限于內(nèi)存大小，然而在設(shè)計select的系統(tǒng)調(diào)用時，卻是參考FD_SETSIZE的值。可通過重新編譯內(nèi)核更改此值，但不能根治此問題，對于百萬級的用戶連接請求  即便增加相應(yīng) 進(jìn)程數(shù)， 仍顯得杯水車薪呀。

      .2select每次都會掃描一個文件描述符的集合，這個集合的大小是作為select第一個參數(shù)傳入的值。但是每個進(jìn)程所能打開文件描述符若是增加了 ，掃描的效率也將減小。

      .3內(nèi)核到用戶空間，采用內(nèi)存復(fù)制傳遞文件描述上發(fā)生的信息。 

  4 poll 模型：I/O多路復(fù)用技術(shù)。poll模型將不會受限于FD_SETSIZE，因為內(nèi)核所掃描的文件 描述符集合的大小是由用戶指定的，即poll的第二個參數(shù)。但仍有掃描效率和內(nèi)存拷貝問題。

 5 pselect模型：I/O多路復(fù)用技術(shù)。同select。

 6 epoll模型：

    .1)無文件描述字大小限制僅與內(nèi)存大小相關(guān)

   .2)epoll返回時已經(jīng)明確的知道哪個socket fd發(fā)生了什么事件，不用像select那樣再一個個比對。

  .3)內(nèi)核到用戶空間采用共享內(nèi)存方式，傳遞消息。

四 ：FAQ  

1、單個epoll并不能解決所有問題，特別是你的每個操作都比較費時的時候，因為epoll是串行處理的。 所以你有還是必要建立線程池來發(fā)揮更大的效能。 

2、如果fd被注冊到兩個epoll中時，如果有時間發(fā)生則兩個epoll都會觸發(fā)事件。

3、如果注冊到epoll中的fd被關(guān)閉，則其會自動被清除出epoll監(jiān)聽列表。
4、如果多個事件同時觸發(fā)epoll，則多個事件會被聯(lián)合在一起返回。
5、epoll_wait會一直監(jiān)聽epollhup事件發(fā)生，所以其不需要添加到events中。
6、為了避免大數(shù)據(jù)量io時，et模式下只處理一個fd,其他fd被餓死的情況發(fā)生。linux建議可以在fd聯(lián)系到的結(jié)構(gòu)中增加ready位，然后epoll_wait觸發(fā)事件之后僅將其置位為ready模式，然后在下邊輪詢ready fd列表。

看完了這篇文章，相信你對“IO模型及select、poll、epoll和kqueue的區(qū)別有哪些”有了一定的了解，如果想了解更多相關(guān)知識，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！