io多路复用的原理和实现_IO多路复用机制详解

article/2025/10/19 10:18:35

select，poll，epoll机制区别总结:
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服务器端编程经常需要构造高性能的IO模型，常见的IO模型有四种：

(1)同步阻塞IO(Blocking IO)：即传统的IO模型。

(2)同步非阻塞IO(Non-blocking IO)：默认创建的socket都是阻塞的，非阻塞IO要求socket被设置为NONBLOCK。注意这里所说的NIO并非Java的NIO(New IO)库。

(3)IO多路复用(IO Multiplexing)：即经典的Reactor设计模式，有时也称为异步阻塞IO，Linux中的epoll都是这种模型。

(4)异步IO(Asynchronous IO)：即经典的Proactor设计模式，也称为异步非阻塞IO。

同步和异步的概念描述的是用户线程与内核的交互方式：同步是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行；而异步是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式：阻塞是指IO操作需要彻底完成后才返回到用户空间；而非阻塞是指IO操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到IO操作彻底完成。

另外，Richard Stevens 在《Unix 网络编程》卷1中提到的基于信号驱动的IO(Signal Driven IO)模型，由于该模型并不常用，本文不作涉及。接下来，我们详细分析四种常见的IO模型的实现原理。为了方便描述，我们统一使用IO的读操作作为示例。

IO多路复用

要弄清问题先要知道问题的出现原因

原因:

由于进程的执行过程是线性的(也就是顺序执行),当我们调用低速系统I/O(read,write,accept等等),进程可能阻塞,此时进程就阻塞在这个调用上,不能执行其他操作.阻塞很正常.

接下来考虑这么一个问题:一个服务器进程和一个客户端进程通信,服务器端read(sockfd1,bud,bufsize),此时客户端进程没有发送数据,那么read(阻塞调用)将阻塞，直到客户端调用write(sockfd,but,size)发来数据.在一个客户和服务器通信时这没什么问题；

当多个客户与服务器通信时当多个客户与服务器通信时,若服务器阻塞于其中一个客户sockfd1,当另一个客户的数据到达套接字sockfd2时,服务器不能处理,仍然阻塞在read(sockfd1,…)上;此时问题就出现了,不能及时处理另一个客户的服务,咋么办?

I/O多路复用来解决!

I/O多路复用:
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继续上面的问题,有多个客户连接,sockfd1,sockfd2,sockfd3…sockfdn同时监听这n个客户,当其中有一个发来消息时就从select的阻塞中返回,然后就调用read读取收到消息的sockfd,然后又循环回select阻塞;这样就不会因为阻塞在其中一个上而不能处理另一个客户的消息