用户空间和内核空间
目前市面上服务器大多数都采用Linux系统，这里以Linux来简单描述
在任何的Linux发行版，其系统内核都是Linux,我们的应用都需要通过Linux内核与硬件交互
为了避免用户应用与内核发生冲突，用户应用与内核是分离的:
- 进程的寻址空间会划分为两部分:
内核空间、用户空间 用户空间只能执行受限的命令(Ring3)，而且不能直接调用系统资源，必须通过内核提供的接口来访问内核空间可以执行特权命令(Ring0),调用一切系统资源
Linux系统为了提高IO效率，会在用户空间和内核空间都加入缓冲区：
- 写数据时，要把用户缓冲数据拷贝到内核缓冲区，然后写入设备
- 读数据时，要从设备读取数据到内核缓冲区，然后拷贝到用户缓冲区
阻塞IO
在《UNIX网络编程》一书中，总结归纳了5种IO模型
- 阻塞IO（Blocking IO）
- 非阻塞IO（Nonblocking IO）
- IO多路复用（IO Multiplexing）
- 信号驱动IO（Signal Driven IO）
- 异步IO（Asynchronous IO）
阻塞IO
顾名思义，阻塞IO就是两个阶段都必须阻塞等待：
阶段一:
- 1.用户进程尝试读取数据（比如网卡数据）
- 2.此时数据尚未到达，内核需要等待数据
- 3.此时用户进程也处于阻塞状态
阶段二:
- 1.数据到达并拷贝到内核缓冲区，代表已就绪
- 2.将内核数据拷贝到用户缓冲区
- 3.拷贝过程中，用户进程依然阻塞等待
- 4.拷贝完成，用户进程解除阻塞，处理数据
可以看到，阻塞IO模型中，用户进程在两个阶段都是阻塞状态。
非阻塞IO
顾名思义，非阻塞IO的recvfrom操作会立即返回结果而不是阻塞用户进程。
IO多路复用
无论是阻塞IO还是非阻塞IO，用户应用在一阶段都需要调用recvfrom来获取数据，差别在于无数据时的处理方案：
- 如果调用recvfrom时，恰好没有数据，阻塞IO会使CPU阻塞，非阻塞IO使CPU空转，都不能充分发挥CPU的作用。
- 如果调用recvfrom时，恰好有数据，则用户进程可以直接进入第二阶段，读取并处理数据
而在单线程情况下，只能依次处理IO事件，如果正在处理的IO事件恰好未就绪（数据不可读或不可写），线程就会被阻塞，所有IO事件都必须等待，性能自然会很差。
在这里举个例子，餐厅服务员点餐
服务员给顾客点餐，分两步:
- 顾客思考要吃什么（等待数据就绪）
- 顾客想好了，开始点餐（读取数据）
要提高效率有几种办法？
- 方案一：增加更多服务员（多线程）
- 方案二：不排队，谁想好了吃什么（数据就绪了），服务员就给谁点餐（用户应用就去读取数据）
那么问题来了：用户进程如何知道内核中数据是否就绪呢？
这里就需要引入操作系统的一个概念，文件描述符
文件描述符（File Descriptor）：简称FD，是一个从0 开始的无符号整数，用来关联Linux中的一个文件。在Linux中，一切皆文件，例如常规文件、视频、硬件设备等，当然也包括网络套接字（Socket）。
IO多路复用：是利用单个线程来同时监听多个FD，并在某个FD可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。
阶段一：
- 1.用户进程调用select，指定要监听的FD集合
- 2.内核监听FD对应的多个socket
-3. 任意一个或多个socket数据就绪则返回readable - 4.此过程中用户进程阻塞
阶段二：
- 1.用户进程找到就绪的socket
- 2.依次调用recvfrom读取数据
- 3.内核将数据拷贝到用户空间
- 用户进程处理数据
IO多路复用： 是利用单个线程来同时监听多个FD，并在某个FD可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。不过监听FD的方式、通知的方式又有多种实现，常见的有：
- select
- poll
- epoll
差异：
- select和poll只会通知用户进程有FD就绪，但不确定具体是哪个FD，需要用户进程逐个遍历FD来确认
- epoll则会在通知用户进程FD就绪的同时，把已就绪的FD写入用户空间
IO多路复用之select
select是Linux最早是由的I/O多路复用技术：
部分源码分析如下图所示:
IO多路复用之poll
IO多路复用之epoll
总结：
select模式存在的三个问题：
- 能监听的FD最大不超过1024
- 每次select都需要把所有要监听的FD都拷贝到内核空间
- 每次都要遍历所有FD来判断就绪状态
poll模式的问题：
- poll利用链表解决了select中监听FD上限的问题，但依然要遍历所有FD，如果监听较多，性能会下降
epoll模式中如何解决这些问题的？
- 基于epoll实例中的红黑树保存要监听的FD，理论上无上限，而且增删改查效率都非常高
- 每个FD只需要执行一次epoll_ctl添加到红黑树，以后每次epol_wait无需传递任何参数，无需重复拷贝FD到内核空间
- 利用ep_poll_callback机制来监听FD状态，无需遍历所有FD，因此性能不会随监听的FD数量增多而下降
