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一、高级IO
IO的过程是在内核中的过程，是input & output
IO过程分成两步：等待和拷贝数据
二、五种基本的IO模型
1.阻塞IO：在内核将数据准备好之前，系统调用会一直等待，所有的套接字，默认都是阻塞方式
2.非阻塞IO：如果内核还未准备好数据，操作系统仍会直接返回，并返回EWOULDBLOCK的错误码
注意：非阻塞IO需要程序员手动的搭配循环的方式判断资源的就绪情况，这对CPU是一种消耗
3.信号驱动IO：内核将数据准备好的时候，通过信号SIGIO来通知应用进程进行IO操作
4.IO多路转接：IO多路转接能够同时等待多个文件描述符的就绪状态
5.异步IO：由内核将数据拷贝完成时，通知应用进程。
总结：任何IO过程中，都包含两个步骤。一个是等待，一个是拷贝。在实际的应用场景中，等待消耗的时间往往都远远高于拷贝时间，让IO更高效，最核心的办法就是让等待的时间尽量少。
三、同步通信 VS 异步通信
同步和异步关心的是消息通信机制
- 所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回. 但是一旦调用返回，就得到返回值了; 换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果;
- 异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果; 换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果; 而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用.
四、阻塞 VS 非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果时的状态
- 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起. 调用线程只有在得到结果之后才会返回.
- 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程.
五、IO多路转接
0.最基本的Socket模型
众所周知，要想客户端和服务器能在网络中通信，那必须得使用Socket编程，它是可以跨主机通信的通信方式
UDP的Sock编程过程：
服务端：创建套接字，绑定地址信息，收发数据
客户端：创建套接字，不绑定地址信息（也可以绑定），收发数据，关闭套接字
创建套接字的含义：
将进程和网卡进行绑定，进程可以从网卡当中接收数据，也可以通过网卡发送数据
绑定地址信息的含义：绑定ip，绑定端口，是为了在网络中可以标识出来一台主机和一个进程
TCP的编程流程
服务端：创建套接字，绑定地址信息，监听，获取新连接，收发数据，关闭套接字
客户端：创建套接字，不绑定地址信息（可以绑定），发起连接，收发数据，关闭连接
监听的含义：监听tcp客户端新的连接，桶客户端建立tcp连接。注意：这个时候，TCP连接建立在内核当中就完成了
获取新连接的含义：获取新连接的套接字描述符，每一个TCP连接会产生一个新的套接字描述符
发起连接的含义：向服务端发起TCP连接
1.为什么需要IO多路转接
前面提到的UDP/TCP Socket流程只能一对一通信，因为使用的时同步阻塞的方式，在服务端还没有处理完一个客户端的网络IO时，或者读写的操作发生阻塞时，其它客户端是无法于服务端连接的。
服务端只一个客户端服务，这想想都浪费。所以我们需要对其进行改进。改进的方式有以下几种
1.1多进程模型
多线程也就是为每个客户端分配一个进程来处理请求。
服务器的主进程负责监听客户的连接，一旦与客户端连接完成，accept() 函数就会返回一个「已连接 Socket」，这时就通过
fork()函数创建一个子进程，实际上就把父进程所有相关的东西都复制一份，包括文件描述符、内存地址空间、程序计数器、执行的代码等。
因为子进程会复制父进程的文件描述符，于是就可以直接使用已连接的Socket和客户端进行通信了，可以发现，子进程不需要关心[监听Socket]，只需要关心[已连接Socket]；父进程则相反，将客户服务交给子进程来处理，因此父进程不需要关心[已连接Socket]，只需要关心[监听Socket]。
因为进程占用的系统资源相对较大，而且进程间切换的消耗是很大的，对性能上就会有相应的影响。
进程间的切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。
1.2多线程模型
既然进程间切换的消耗很大，所以我们就想到了多线程模型
线程只是进程中的一个执行流，一个进程里的多个线程可以共享进程的部分资源，比如文件描述符列表，进程空间，代码，全局数据，堆，共享库等，这些共享资源在进程切换的时候是不需要进行切换的，而只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据，因此相对于进程来说线程的开销要小的多。
当服务器与客户端 TCP 完成连接后，通过
pthread_create()函数创建线程，然后将「已连接 Socket」的文件描述符传递给线程函数，接着在线程里和客户端进行通信，从而达到并发处理的目的。主线程只负责监听，当存在[已连接的Socket]的文件描述符的时候就创建一个线程与客户端建立连接。
如果每来一个连接就创建一个线程，线程运行完后，还得操作系统销毁线程，频繁的创建和销毁线程，系统开销也是很大的。
所以就有了线程池的存在。
我们可以使用线程池的方式避免线程的频繁创建和销毁，所谓的线程池，就是提前创若干个线程，这样有新连接建立的时候，将这个已连接的Socket放入一个队列里，然后线程池里的线程负责从队列中取出已连接的Socket进程处理。
注意：这个队列是全局的，每个线程都会操作，为了避免多线程竞争，线程在操作这个队列前要加锁。
其实尽管多线程已经减少了对资源的需求量了，但是当连接数量较大的时候，所消耗的资源仍然是一个不小的数字。
1.3 IO多路复用
对于上面的这种情况，我们只能想办法让一个进程维护多个Socket这样就可以有效的减少对资源的需求了。
一个进程虽然任一时刻只能处理一个请求，但是处理每个请求的事件时，耗时如果控制的较少（1毫秒以内），那么一秒内就可以处理上千个请求，多个请求复用一个进程，这就是多路复用。
select/poll/epoll内核提供给用户态的多路复用系统调用，进程可以通过一个系统调用函数从内核获取多个事件。
2.IO多路转接之select
优点：
- 遵循posix标准，可以跨平台使用，可以在win平台使用，也可以在linux平台使用
- select的超时时间可以精确到微秒
缺点：
- select监控文件描述符的时候，采用轮询遍历的方式，随着监控的文件描述符越多，监控（轮询）效率越低
- select监控文件描述符的个数是由上限的，上限取决于内核当中的宏_FD_SESIZE,这个宏的值为1024
- select在返回文件描述符的时候，会将就绪的文件描述符从事件集合当中移除掉，导致二次监控的时候程序员需要再次手动添加
- 在返回就绪文件描述的时候，是返回了一个事件集合，并不是将就绪的文件描述符数值直接返回给调用者，需要调用者使用FD_ISSET函数进行判断哪些文件描述符就绪了
3.IO多路转接之poll
优点：
- 提出了事件结构的方式，在给poll函数传递参数的时候，不需要分别添加到”事件集合“当中。
- 事件结构的大小可以根据程序员自己进行定义，并没有上限的要求。
- 不用再监控到就绪后，重新添加文件描述符
缺点：
- 不支持跨平台
- 内核也是对事件结构数组监控的时候采用轮询遍历的方式
4.IO多路转接之epoll
4.1 epoll解决了select和poll的缺陷，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法
第一点：epoll 在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的 socket 通过
epoll_ctl()函数加入内核中的红黑树里，红黑树是个高效的数据结构，增删改一般时间复杂度是O(logn)，而 select/poll 内核里没有类似 epoll 红黑树这种保存所有待检测的 socket 的数据结构，所以 select/poll 每次操作时都传入整个 socket 集合给内核，而 epoll 因为在内核维护了红黑树，可以保存所有待检测的 socket ，所以只需要传入一个待检测的 socket，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。第二点， epoll 使用事件驱动的机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中，当用户调用
epoll_wait()函数时，只会返回有事件发生的文件描述符的个数，不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个 socket 集合，大大提高了检测的效率。
epoll 的方式即使监听的 Socket 数量越多的时候，效率不会大幅度降低，能够同时监听的 Socket 的数目也非常的多了，上限就为系统定义的进程打开的最大文件描述符个数。
4.2 epoll的工作模式
LT：水平触发：只要达到触发事件的条件，则一定乐此不疲的触发（当读就绪/写就绪的时候，则一定乐此不疲的通知）
ET：边缘触发：当达到触发事件的条件后，只会触发一次（当读就绪/写就绪的时候，只会 通知一次），边缘触发模式一般和非阻塞 I/O 搭配使用。
注意：边缘触发消耗的资源少，但只会触发一次，所以需要程序员一次将数据全部读回来
水平触发，当读就绪/写就绪的时候会一直触发，不需要一次性将数据全部读回来，但是会一直占用CPU资源。