BIO

BIO(Blocking IO) 又稱同步阻塞IO，一個客戶端由一個線程來進行處理

當客戶端建立連接後，服務端會開闢線程用來與客戶端進行連接。以下兩種情況會造成IO阻塞：

1. 服務端會一直阻塞，直到和客戶端進行連接
2. 客戶端也會一直阻塞，直到和服務端進行連接

基於BIO，當連接時，每有一個客戶端，服務就開啟線程處理，這樣對資源的占用時非常大的；如果使用線城市來做優化，當大量連接時，服務端也會面臨無空閑線程處理的問題。那麼怎麼設計才能讓單個線程能夠處理更多請求，而不是一個。所以NIO就被提出。

NIO

NIO（Non Blocking IO）又稱同步非阻塞IO。伺服器實現模式為把多個連接(請求)放入集合中，只用一個線程可以處理多個請求（連接），也就是多路復用。

NIO有3大核心組件：

1. Buffer：緩衝區，buffer 底層就是數組
2. Channel：通道，channel 類似於流，每個 channel 對應一個 buffer緩衝區
3. Selector：多路復用器，channel 會註冊到 selector 上，由 selector 根據 channel 讀寫事件的發生將其交由某個空閑的線程處理

這樣就大大提升了連接的數量，用於接收請求。

NIO目前有三個函數（模型）

• select
• poll
• epoll

Select函數

Select 是Linux提供的一個函數，可以將一批fd一次性傳遞給內核，然後由內核去遍歷，來確定哪個fd符合，並提供給用戶空間

Select 函數處理過程

1. 將用戶空間的fd數組拷貝到內核空間
2. 內核空間會遍歷fd數組，查看是否有數據到達
   1. 遍歷所有fd，將當前進程掛到每個fd的等待隊列中
   2. 當設備收到一條消息（網路設備）或填寫完文件數據（磁碟設備）後，會喚醒設備等待隊列上睡眠的進程，隨後當前進程就會被喚醒
3. 遍歷完成後，如果有數據到達，返回有數據到達的fd的數量，並對用戶空間的fd做標記
4. 如果無數據到達，則當前進程進入睡眠，當有某個fd有I/O事件或當前進程睡眠超時後，當前進程重新喚醒再次遍歷所有fd文件
5. 用戶空間再此迴圈遍歷，沒有標記的 fd 不處理，只有標記的fd才會去處理

Select存在的問題

1. fd數量有限制：單個進程所打開的fd是有限制的，通過 FD_SETSIZE 設置，預設1024
2. fd拷貝耗時：每次調用 select，需要將fd數組從用戶空間拷貝到內核空間
3. 內核空間遍歷耗時：內核空間通過遍歷的方式，查看fd是否有數據到達，這是一個同步的過程
4. 找到fd後，返回的是數量，而不是fd本身：select返回的是fd的數量，具體是哪個還需要用戶自己遍歷

Poll函數

Poll 也是Linux提供的內核函數，poll 和 select 基本是一致，唯一的區別在於它們支持的fd的數量不一致

• select : 只能監聽 1024 個fd
• poll ：無限制，操作系統支持多少，poll 就可以支持多少

Epoll函數

poll解決了select函數的fd數量問題，而epoll解決了select、poll函數其餘問題：

1. fd數量有限制：poll已經解決此問題
2. fd拷貝耗時：內核空間種保存一份fd數組，無需用戶每次都重新傳入，只需要告訴內核修改的部分即可
3. 內核空間遍歷耗時：內核空間不再通過遍歷的方式找fd，而是通過非同步 IO 事件喚醒
4. 找到fd後，返回的是數量，而不是fd本身：內核空間會通過非同步 IO 事件，將fd返回給用戶，用戶無需在遍歷整個fd數組

因此，epoll提供3 個函數，來處理上述改進的方案：

1. epoll_create：創建 epoll 句柄
2. epoll_ctl：向內核空間添加，修改，刪除需要監控的fd
3. epoll_wait、epoll_pwait：類似 select 函數