[转]谈谈select, iocp, epoll,kqueue及各种网络I/O复用机制

　　参考原文：再谈select, iocp, epoll,kqueue及各种I/O复用机制

一、I/O模型概述

　　介绍几种常见的I/O模型及其区别，如下：

• blocking I/O

• nonblocking I/O

• I/O multiplexing (select and poll)

• signal driven I/O (SIGIO)

• asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)

（1）blocking I/O 
　　阻塞式套接字。下图是它调用过程的图示：

　　重点解释下上图，首先application调用 recvfrom()转入kernel，注意kernel有2个过程，wait for data和copy data from kernel to user。直到最后copy complete后，recvfrom()才返回。此过程一直是阻塞的。

（2）nonblocking I/O： 
　　与blocking I/O对立的，非阻塞套接字，调用过程图如下：

　　可以看见，如果直接操作它，那就是个轮询。。直到内核缓冲区有数据。

（3）I/O multiplexing (select and poll) 
　　最常见的I/O复用模型，select模型/poll模型，两者原理和数据结构均类似。

　　select/poll先阻塞，有活动套接字才返回。与blocking I/O相比，select/poll会有两次系统调用，但是select/poll能处理多个套接字。

（4）signal driven I/O (SIGIO) 
　　只有UNIX系统支持，感兴趣的课查阅相关资料。

　　与I/O multiplexing (select and poll)相比，它的优势是，免去了select的阻塞与轮询，当有活跃套接字时，由注册的handler处理。

（5）asynchronous I/O (the POSIX aio_functions，真正意义上的异步IO) 
　　很少有*nix系统支持，windows的IOCP则是此模型。

　　完全异步的I/O复用机制，因为纵观上面其它四种模型，至少都会在由kernel copy data to appliction时阻塞。而该模型是当copy完成后才通知application，可见是纯异步的。好像只有windows的完成端口是这个模型，效率也很出色。

下面是以上五种模型的比较

　　可以看出，越往后，阻塞越少，理论上效率也是最优。

二、实际模型分析

　　上述5种模型的比较比较清晰了，剩下的就是把select,epoll,iocp,kqueue按号入座。

　　select和iocp分别对应第3种与第5种模型，那么epoll与kqueue呢？其实也于select属于同一种模型，只是更高级一些，可以看作有了第4种模型的某些特性，即callback机制。

2.1 为什么epoll,kqueue比select高级？ 

　　答案是，他们无轮询。因为他们用callback取代了。想想看，当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的，都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。

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

　　诚然，Windows的IOCP非常出色，目前支持asynchronous I/O的系统并不多，但是由于操作系统本身的局限性，大型服务器还是在*NIX下。而且正如上面所述，kqueue/epoll 与 IOCP相比，就是多了一层从内核copy数据到应用层的阻塞，从而不能算作asynchronous I/O类。但是，这层小小的阻塞无足轻重，kqueue与epoll已经做得很优秀了。

2.3 提供一致的接口，IO Design Patterns

　　实际上，不管是哪种模型，都可以抽象一层出来，提供一致的接口，广为人知的有ACE，Libevent这些，他们都是跨平台的，而且他们自动选择最优的I/O复用机制，用户只需调用接口即可。说到这里又得说说2个设计模式，Reactor and Proactor。有一篇经典文章http://www.artima.com/articles/io_design_patterns.html值得阅读，Libevent是Reactor模型，ACE提供Proactor模型。实际都是对各种I/O复用机制的封装。

2.4 Java nio包是什么I/O机制？

　　我曾天真的认为java nio封装的是IOCP。。现在可以确定，目前的java本质是select()模型，可以检查/jre/bin/nio.dll得知。至于java服务器为什么效率还不错。。我也不得而知，可能是设计得比较好吧。。-_-。

小结：

1. 只有IOCP是asynchronous I/O，其他机制或多或少都会有一点阻塞。
2. select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善
3. epoll, kqueue是Reacor模式，IOCP是Proactor模式。
4. java nio包是select模型。。