Linux中一切皆文件，不論是我們存儲在磁盤上的字符文件，可執行文件還是我們的接入電腦的I/O設備等都被VFS抽象成了文件，比如標准輸入設備默認是鍵盤，我們在操作標准輸入設備的時候，其實操作的是默認打開的一個文件描述符是0的文件，而一切軟件操作硬件都需要通過OS，而OS操作一切硬件都需要相應的驅動程序，這個驅動程序裡配置了這個硬件的相應配置和使用方法。Linux的I/O分為阻塞I/O,非阻塞I/O,I/O多路復用,信號驅動I/O四種。對於I/O設備的驅動，一般都會提供關於阻塞和非阻塞兩種配置。我們最常見的I/O設備之一--鍵盤(標准輸入設備)的驅動程序默認是阻塞的。
多路復用就是為了使進程能夠從多個阻塞I/O中獲得自己想要的數據並繼續執行接下來的任務。其主要的思路就是同時監視多個文件描述符，如果有文件描述符的設定狀態的被觸發，就繼續執行進程，如果沒有任何一個文件描述符的設定狀態被觸發，進程進入sleep
多路復用的一個主要用途就是實現"I/O多路復用並發服務器"，和多線程並發或者多進程並發相比，這種服務器的系統開銷更低，更適合做web服務器。
阻塞I/O，就是當進程試圖訪問這個I/O設備而這個設備並沒有准備好的時候，設備的驅動程序會通過內核讓這個試圖訪問的進程進入sleep狀態。阻塞I/O的一個好處就是可以大大的節約CPU時間，因為一旦一個進程試圖訪問一個沒有准備好的阻塞I/O，就會進入sleep狀態，而進入sleep狀態的進程是不在內核的進程調度鏈表中，直到目標I/O准備好了將其喚醒並加入調度鏈表，這樣就可以節約CPU時間。當然阻塞I/O也有其固有的缺點，如果進程試圖訪問一個阻塞I/O，但是否訪問成功並不對接下來的任務有決定性影響，那麼直接使其進入sleep狀態顯然會延誤其任務的完成。
典型的默認阻塞IO有標准輸入設備，socket設備，管道設備等，當我們使用gets(),scanf(),read()等操作請求這些IO時而IO並沒有數據流入，就會造成進程的sleep。
假設一個進程希望通過三個管道中任意一個中讀取數據並顯示，偽代碼如下
read(pipe_0,buf,sizeof(buf)); //sleep
print buf;
read(pipe_1,buf,sizeof(buf));
print buf;
read(pipe_2,buf,sizeof(buf));
print buf;由於管道是阻塞I/O，所以如果pipe_0沒有數據流入，進程就是在第一個read()處進入sleep狀態而即使pipe_1和pipe_2有數據流入也不會被讀取。
如果我們使用下述代碼重新設置管道的阻塞屬性，顯然，如果三個管道都沒有數據流入，那麼進程就無法獲得請求的數據而繼續執行，倘若這些數據很重要(所以我們才要用阻塞I/O)，那結果就會十分的糟糕，改為輪詢卻又大量的占據CPU時間。
int fl = fcntl(pipe_fd, F_GETFL);
fcntl(pipe_fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);如何讓進程同時監視三個管道，其中一個有數據就繼續執行而不會sleep，如果全部沒有數據流入再sleep，就是多路復用技術需要解決的問題。
非阻塞I/O就是當一個進程試圖訪問一個I/O設備的時候，無論是否從中獲取了請求的數據都會返回並繼續執行接下來的任務。，但非常適合請求是否成功對接下來的任務影響不大的I/O請求。但如果訪問一個非阻塞I/O，但這個請求如果失敗對進程接下來的任務有致命影響，最粗暴的就是使用while(1)｛read()｝輪詢。顯然，這種方式會占用大量的CPU時間。
select是一種非常"古老"的同步I/O接口，但是提供了一種很好的I/O多路復用的思路
fd_set //創建fd_set對象，將來從中增減需要監視的fd
FD_ZERO() //清空fd_set對象
FD_SET() //將一個fd加入fd_set對象中
select() //監視fd_set對象中的文件描述符
pselect() //先設定信號屏蔽，再監視
FD_ISSET() //測試fd是否屬於fd_set對象
FD_CLR() //從fd_set對象中刪除fdNote:
nfds是指集合中的最大的文件描述符+1，因為select會無差別遍歷整個文件描述符表直到找到目標，而文件描述符是從0開始的，所以一共是集合中的最大的文件描述符+1次。關於server本身的編程模型，參見tcp/ip協議服務器模型和udp/ip協議服務器模型這裡僅是使用select實現偽並行的部分模型
#define BUFSIZE 100
#define MAXNFD 1024
int main()
{
/***********服務器的listenfd已經准本好了**************/
fd_set readfds;
fd_set writefds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_ZERO(&writefds);
FD_SET(listenfd, &readfds);
fd_set temprfds = readfds;
fd_set tempwfds = writefds;
int maxfd = listenfd;
int nready;
char buf[MAXNFD][BUFSIZE] = {0};
while(1){
temprfds = readfds;
tempwfds = writefds;
nready = select(maxfd+1, &temprfds, &tempwfds, NULL, NULL)
if(FD_ISSET(listenfd, &temprfds))｛
//如果監聽到的是listenfd就進行accept
int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
//將新accept的scokfd加入監聽集合，並保持maxfd為最大fd
FD_SET(sockfd, &readfds);
maxfd = maxfd>sockfd?maxfd:sockfd;
//如果意見檢查了nready個fd，就沒有必要再等了，直接下一個循環
if(--nready==0)
continue;
}
int fd = 0;
//遍歷文件描述符表，處理接收到的消息
for(;fd<=maxfd; fd++)｛
if(fd == listenfd)
continue;
if(FD_ISSET(fd, &temprfds)){
int ret = read(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);
if(0 == ret)｛ //客戶端鏈接已經斷開
close(fd);
FD_CLR(fd, &readfds);
if(maxfd==fd)
--maxfd;
continue;
}
//將fd加入監聽可寫的集合
FD_SET(fd, &writefds);
}
//找到了接收消息的socket的fd，接下來將其加入到監視寫的fd_set中
//將在下一次while()循環開始監視
if(FD_ISSET(fd, &tempwfds)){
int ret = write(fd, buf[fd], sizeof buf[0]);
printf("ret %d: %d\n", fd, ret);
FD_CLR(fd, &writefds);
}
}
}
close(listenfd);
}poll是System V提出的一種基於select的改良機制，其針對select的諸多明顯的缺陷進行了重新設計，包括只遍歷被觸發個數個文件描述符，不需要備份fd_set等等
struct pollfd fds //創建一個pollfd類型的數組
fds[0].fd //向fds[0]中放入需要監視的fd
fds[0].events //向fds[0]中放入需要監視的fd的觸發事件
POLLIN //I/O有輸入
POLLPRI //有緊急數據需要讀取
POLLOUT //I/O可寫
POLLRDHUP //流式套接字連接斷開或套接字處於半關閉狀態
POLLERR //錯誤條件(僅針對輸出)
POLLHUP //掛起(僅針對輸出)
POLLNVAL //無效的請求：fd沒有被打開(僅針對輸出)/* ... */
int main()
{
/* ... */
struct pollfd myfds[MAXNFD] = {0};
myfds[0].fd = listenfd;
myfds[0].events = POLLIN;
int maxnum = 1;
int nready;
//准備二維數組buf，每個fd使用buf的一行，數據干擾
char buf[MAXNFD][BUFSIZE] = {0};
while(1){
//poll直接返回event被觸發的fd的個數
nready = poll(myfds, maxnum, -1)
int i = 0;
for(;i<maxnum; i++){
//poll通過將相應的二進制位置一來表示已經設置
//如果下面的條件成立，表示revent[i]裡的POLLIN位已經是1了
if(myfds[i].revents & POLLIN){
if(myfds[i].fd == listenfd){
int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
//將新accept的scokfd加入監聽集合
myfds[maxnum].fd = sockfd;
myfds[maxnum].events = POLLIN;
maxnum++;
//如果意見檢查了nready個fd，就直接下一個循環
if(--nready==0)
continue;
}
else{
int ret = read(myfds[i].fd, buf[myfds[i].fd], sizeof buf[0]);
if(0 == ret)｛ //如果連接斷開了
close(myfds[i].fd);
//初始化將文件描述符表所有的文件描述符標記為-1
//close的文件描述符也標記為-1
//打開新的描述符時從表中搜索第一個-1
//open()就是這樣實現始終使用最小的fd
//這裡為了演示並沒有使用這種機制
myfds[i].fd = -1;
continue;
}
myfds[i].events = POLLOUT;
}
}
else if(myfds[i].revents & POLLOUT){
int ret = write(myfds[i].fd, buf[myfds[i].fd], sizeof buf[0]);
myfds[i].events = POLLIN;
}
}
}
close(listenfd);
}epoll在poll基礎上實現的更為健壯的接口，也是現在主流的web服務器使用的多路復用技術，epoll一大特色就是支持EPOLLET(邊沿觸發)和EPOLLLT (水平觸發)，前者表示如果讀取之後緩沖區還有數據，那麼只要讀取結束，剩余的數據也會丟棄，而後者表示裡面的數據不會丟棄，下次讀的時候還在，默認是EPOLLLT
epoll_create() //創建epoll對象
struct epoll_event //准備事件結構體和事件結構體數組
event.events
event.data.fd ...
epoll_ctl() //配置epoll對象
epoll_wait() //監控epoll對象中的fd及其相應的event
/* ... */
int main()
{
/* ... */
/* 創建epoll對象 */
int epoll_fd = epoll_create(1024);
//准備一個事件結構體
struct epoll_event event = {0};
event.events = EPOLLIN;
event.data.fd = listenfd; //data是一個共用體，除了fd還可以返回其他數據
//ctl是監控listenfd是否有event被觸發
//如果發生了就把event通過wait帶出。
//所以，如果event裡不標明fd，我們將來獲取就不知道哪個fd
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &event);
struct epoll_event revents[MAXNFD] = {0};
int nready;
char buf[MAXNFD][BUFSIZE] = {0};
while(1){
//wait返回等待的event發生的數目
//並把相應的event放到event類型的數組中
nready = epoll_wait(epoll_fd, revents, MAXNFD, -1)
int i = 0;
for(;i<nready; i++){
//wait通過在events中設置相應的位來表示相應事件的發生
//如果輸入可用，那麼下面的這個結果應該為真
if(revents[i].events & EPOLLIN){
//如果是listenfd有數據輸入
if(revents[i].data.fd == listenfd){
int sockfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);
struct epoll_event event = {0};
event.events = EPOLLIN;
event.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
}
else{
int ret = read(revents[i].data.fd, buf[revents[i].data.fd], sizeof buf[0]);
if(0 == ret){
close(revents[i].data.fd);
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, revents[i].data.fd, &revents[i]);
}
revents[i].events = EPOLLOUT;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_MOD, revents[i].data.fd, &revents[i]);
}
}
else if(revents[i].events & EPOLLOUT){
int ret = write(revents[i].data.fd, buf[revents[i].data.fd], sizeof buf[0]);
revents[i].events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_MOD, revents[i].data.fd, &revents[i]);
}
}
}
close(listenfd);
}
