【网络】五中IO模型介绍 + 多路转接中select和poll服务器的简单编写_io模型位图表

本篇博客由 CSDN@先搞面包再谈爱 原创，转载请标注清楚，请勿抄袭。

前言

本篇主要讲解：

• 五种IO模型的介绍
• 重点讲解多路转接
• select服务器的编写
• poll服务器的编写

关于多路转接的epoll我会在下一篇详细讲解。

前面我一直在讲网络通信，从创建套接字就可看到网络通信的就是IO，发送方能发也能收，接收方也是能发也能收，站在网络角度来看就是机器把数据扔到了网络里面，站在计算机体系结构角度来看就
是把数据把内存扔到网卡，不管怎么理解，都是IO。

正式开始

前面的IO函数简单过一遍

前面文件部分讲过的IO都是文件IO，单机的，打开文件，将数据从磁盘读到os，再从os将数据拷到用户缓冲区，各设备离的都非常近，在网络中，两台主机相隔千里之外，IO效率一定是要比单机来说低不少的。

IO问什么低效？
read、recv、recvfrom、write、send、sendto这样的IO函数本质上都是一些拷贝函数，都是在用户和内核之间拷贝数据，不过毕竟是从内存中直接拷贝的，效率还算OK。

以read为例，当我们进行read/recv的时候，如果底层没有数据，read/recv会怎么办做？有数据又会怎么做？

没有数据，read/recv进程就会阻塞，也就是让进程等。
如果有数据就直接进行拷贝。

⇒ 所以IO就是 等 + 数据拷贝。

等就是等IO类事件就绪。读就是底层有数据，写就是底层有空间。

write也是一样的，缓冲区满了就不让拷贝(等)，没满就拷贝，所以IO必须经历的两部就是等和数据拷贝。

看图：

如果进程想要访问磁盘上的文件，那就得先打开这个文件，而文件 = 内容 + 属性，所以打开文件后，os要为文件创建相应的struct FILE结构体以维护文件的属性，也就是在内存中维护，而内存是惰性加载的，不会说将文件中的所有数据全部加载完，因为很多数据不一定能用上，os可能会对文件预加载，也就是先加载一部分，当进程想要修改文件中的内容时，就会先将需要的数据加载到内存里：

此时就是进程先调用的IO类型的函数想要访问文件中的数据，然后os才会做加载的这一步的，也就是os加载之前进程就已经开始调用IO类函数了。

那么os在加载文件的内容时，进程在干嘛？
就是在等。

IO = 等 + 拷贝。上面os在加载的时候，就是等，此刻进程是处于阻塞状态的。

那么拷贝呢？
就是加载完毕之后。进程就会被os唤醒，然后对os加载好的数据进行后续操作。

无论是网络还是单机，只要是访问磁盘、键盘、网卡等等外设，就一定是等 + 数据拷贝。

想一想scanf运行起来之后，为什么会卡在命令行等你输入，其实就是在等待标准输入。cin也是同理，像这样的函数都是在等数据就绪后再将数据从外设搬到内存os的缓冲区中，再从os搬到应用层，这就是数据拷贝。

所以recv、read、send、write等函数看起来是在发送和接收，其实都是在等IO类事件就绪，然后再发起拷贝，拷贝时无非就是从内核到用户或从用户到内核，所以这些函数不是用户直接与硬件进行读写，而是用户和内核之间的“交流”，交流完毕后，os再做后续的事情，比如说将修改后的数据写回磁盘。

在os视角来看，这些函数会让进程阻塞，在IO视角来看就是让进程在等。

什么叫做低效的IO

网络里面谈IO是因为报文从A主机发送到B主机，中间的发送时间会很长，所以网络通信时调用read、recv等函数就要做IO，这样就会花费大量的时间在等上，如何提高IO的效率呢？只要想办法在单位时间内让等的比重变得越低IO的效率就会越高。

单位时间内让等的比重变低，如何做到呢？
前面大佬们已经对于IO进行了深刻研究，总结出来了五中IO模型，这篇重点要讲的就是这五中IO模型。

先说说都是啥：

1. 阻塞IO
2. 非阻塞IO
3. 信号驱动
4. 多路转接（多路复用）
5. 异步IO

不过这里先不说这五种IO模型的细节，我先通过一个生活中的例子来帮大家理解理解。

钓鱼的例子

钓鱼应该都见过吧。这里不说打窝这样的细节，简单一点。

就直接说成等 + 鱼上钩的收杆（后面直接说钓，也就是等 + 钓）。就像mc中的钓鱼一样。

什么场景下会说一个人钓鱼的效率非常高呢？
一个人大半天都没有鱼咬钩，一直在等。
另一个人一直是上钩，不带停的。

很明显，第二个人效率高，所以只要单位时间内等的比重非常低，这个人钓鱼的效率就非常高。

再来介绍个东西，鱼漂，钓鱼佬应该很熟悉，但是没钓过鱼的同学可能很陌生，看图：

钓鱼的时候，鱼漂能够反映出鱼咬钩的讯息。

假如说现在有五个人去钓鱼。

张三钓鱼的时候死死盯住鱼漂，啥也不干，非常专注，鱼漂不动他不动。
李四耐不住性子，看一会手机再看鱼漂有反应没，没反应就接着看手机。
王五拿了个铃铛，挂在鱼杆后面，一直在玩手机，铃铛一响就赶紧收杆。
赵六是个方圆五公里内的富二代，一下子拿了100支鱼竿，安置好后就来回检测哪只哪支鱼竿有鱼咬钩。
田七是个大老板，但是最近想吃鱼了(不是高启强