HI！我是小小，我们又见面了，今天是国庆假期的最后一天，在这最后一天，举国同庆的时刻。。。。我们一块来学习IO，这一次，学习 NIO，BIO，AIO等各种IO

Linux 基础知识回顾

用户空间和内核空间

现在的操作系统都采用虚拟寻址，处理器先产生一个虚拟地址，然后通过地址翻译成为物理地址，再通过总线的传递，最后处理器拿到某个物理地址返回的字节。
对于32位操作系统来说，它的寻址空间，为4G，操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限，为了保证用户进程不能直接操作内核，保证内核安全，操作系统把虚拟空间划分为两个部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。
对于Linux系统来说，把高直接，1G，给内核使用，称之为内核空间。把低的3G字节，送给进程使用，称之为用户空间。

直接IO和缓存IO

文件系统IO分为直接IO和缓存IO。

缓存IO

读操作

操作系统会检查内核的缓冲区有没有需要的数据，如果已经有缓存了，那么就直接从缓存中返回，否则会从磁盘中读取，然后缓存在操作系统的缓存中。

写操作

把数据从用户空间复制到内核空间的缓存中，并提示用户写操作完成，什么时候写入磁盘，由操作系统随机决定。除非强制调用sync命令。
举个栗子，对于write命令来说，数据会先被拷贝进入缓冲区，在拷贝到缓冲区以后才会写入到设备中。

直接IO

直接IO相对于缓存IO少了拷贝到应用进程缓冲区这一步

阻塞和同步

这一小节介绍什么是阻塞，什么是同步

阻塞和非阻塞

阻塞：往往需要等待缓冲区中的数据准备好过后才处理其他事情，否则一直等待在哪。
非阻塞: 当我们的进程访问我们的数据缓冲区的时候，如果数据没有准备好则直接返回，当数据读取完毕以后，会直接触发，提前监听好的事件的回调函数。若准备好，也会直接返回。

同步异步

同步：应用程序要直接参与IO的读写操作。
异步：所有的IO读写交给系统处理，应用程序秩序要等待通知即可，当读的时候，会调用之前设定好的应用程序的回调函数，当写的时候，会调用之前设定好的应用程序的回调函数。

常见的IO模型

常见的IO模型有，阻塞IO，非阻塞IO，I/O复用，信号驱动I/O，异步I/O
比较如下图

以读取数据为例子
BIO：如果数据源没有数据会进入阻塞状态，直到获取到数据
NIO，如果数据源没有数据，会直接返回0，不阻塞。
AIO：全称异步+非阻塞
详细的见下一节

BIO，NIO，AIO

BIO

同步阻塞IO，服务器实现模式为一个连接一个线程，客户端有连接请求时服务器就需要启动一个线程进行处理，后期可以通过线程池的方式提高性能。适用于连接数目比较小，固定的架构。

NIO

客户端发送的链接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器会轮询到连接有IO请求时才启动一个线程进行处理。NIO方式适用于连接数目多，且连接比较短的架构，例如聊天服务器。

IO多路复用模型

IO多路复用，IO就是指我们网络IO，多路指多个TCP连接，复用指复用一个或少量线程，串起来理解就是多个网络IO复用一个或少量的线程处理这些连接。

核心：能处理更多的链接

常用的复用模型，select poll，epoll

select

select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

poll

poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。

epoll

epoll支持水平触发和边缘触发，最大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就绪态，并且只会通知一次。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。