再谈select, iocp, epoll,kqueue及各类I/O复用机制

首先，介绍几种常见的I/O模型及其区别，以下：

• blocking I/O

• nonblocking I/O

• I/O multiplexing (select and poll)

• signal driven I/O (SIGIO)

• asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)

blocking I/O 
这个不用多解释吧，阻塞套接字。下图是它调用过程的图示：

重点解释下上图，下面例子都会讲到。首先application调用 recvfrom()转入kernel，注意kernel有2个过程，wait for data和copy data from kernel to user。直到最后copy complete后，recvfrom()才返回。此过程一直是阻塞的。

nonblocking I/O： 
与blocking I/O对立的，非阻塞套接字，调用过程图以下：

能够看见，若是直接操做它，那就是个轮询。。直到内核缓冲区有数据。

I/O multiplexing (select and poll) 
最多见的I/O复用模型，select。

select先阻塞，有活动套接字才返回。与blocking I/O相比，select会有两次系统调用，可是select能处理多个套接字。

signal driven I/O (SIGIO) 
只有UNIX系统支持，感兴趣的课查阅相关资料

与I/O multiplexing (select and poll)相比，它的优点是，免去了select的阻塞与轮询，当有活跃套接字时，由注册的handler处理。

asynchronous I/O (the POSIX aio_functions) 
不多有*nix系统支持，windows的IOCP则是此模型

彻底异步的I/O复用机制，由于纵观上面其它四种模型，至少都会在由kernel copy data to appliction时阻塞。而该模型是当copy完成后才通知application，可见是纯异步的。好像只有windows的完成端口是这个模型，效率也很出色。

下面是以上五种模型的比较

能够看出，越日后，阻塞越少，理论上效率也是最优。

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5种模型的比较比较清晰了，剩下的就是把select,epoll,iocp,kqueue按号入座那就OK了。

select和iocp分别对应第3种与第5种模型，那么epoll与kqueue呢？其实也于select属于同一种模型，只是更高级一些，能够看做有了第4种模型的某些特性，如callback机制。

那么，为何epoll,kqueue比select高级？ 

答案是，他们无轮询。由于他们用callback取代了。想一想看，当套接字比较多的时候，每次select()都要经过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,无论哪一个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费不少CPU时间。若是能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操做，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue作的。

windows or *nix （IOCP or kqueue/epoll）？

诚然，Windows的IOCP很是出色，目前不多有支持asynchronous I/O的系统，可是因为其系统自己的局限性，大型服务器仍是在UNIX下。并且正如上面所述，kqueue/epoll 与 IOCP相比，就是多了一层从内核copy数据到应用层的阻塞，从而不能算做asynchronous I/O类。可是，这层小小的阻塞无足轻重，kqueue与epoll已经作得很优秀了。

提供一致的接口，IO Design Patterns

实际上，无论是哪一种模型，均可以抽象一层出来，提供一致的接口，广为人知的有ACE,Libevent这些，他们都是跨平台的，并且他们自动选择最优的I/O复用机制，用户只需调用接口便可。说到这里又得说说2个设计模式，Reactor and Proactor。有一篇经典文章http://www.artima.com/articles/io_design_patterns.html值得阅读，Libevent是Reactor模型，ACE提供Proactor模型。实际都是对各类I/O复用机制的封装。

Java nio包是什么I/O机制？

我曾天真的认为java nio封装的是IOCP。。如今能够肯定，目前的java本质是select()模型，能够检查/jre/bin/nio.dll得知。至于java服务器为何效率还不错。。我也不得而知，多是设计得比较好吧。。-_-。

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总结一些重点：

1. 只有IOCP是asynchronous I/O，其余机制或多或少都会有一点阻塞。
2. select低效是由于每次它都须要轮询。但低效也是相对的，视状况而定，也可经过良好的设计改善
3. epoll, kqueue是Reacor模式，IOCP是Proactor模式。
4. java nio包是select模型。。

原文连接: http://blog.csdn.net/shallwake/article/details/5265287