Linux网络IO模式：select、poll、epoll深度解析

本文主要探讨了Linux环境下的网络IO模型，特别是sync IO、async IO、blocking IO和non-blocking IO的区别以及相关的系统机制。在开始讨论前，首先介绍了几个关键概念： 1. **用户空间与内核空间**: Linux操作系统采用虚拟存储器，区分用户空间和内核空间，以确保安全。内核空间（0xC0000000~0xFFFFFFFF）拥有最高权限，负责操作硬件和管理系统，而用户空间（0x00000000~0xBFFFFFFF）则限制了普通进程的权限。 2. **进程切换**: 进程切换是操作系统的核心功能，当一个进程被阻塞时，内核会暂停其执行，保存当前状态（如程序计数器、寄存器值），将其放入相应队列，然后切换到其他可运行进程，这涉及处理机上下文的保存和恢复，是一项资源密集的操作。 3. **进程的阻塞和非阻塞IO**: - **同步IO (Blocking IO)**: 当进程试图进行IO操作时，如果资源不可用，它会被阻塞，直到操作完成。这种模式下，进程会占用CPU直到IO操作结束，可能导致性能瓶颈。 - **非阻塞IO (Non-blocking IO)**: 进程不会被阻塞，而是立即返回，告知操作是否完成。若操作未完成，进程会立即返回并继续执行其他任务，提高了并发性，但需要额外处理IO事件的状态检查。 4. **select/poll/epoll**: - **select**: 是最早的多路复用IO函数，适用于多个套接字，但效率较低，因为它每次只能处理一个套接字事件。 - **poll**: 在select基础上改进，允许同时监控多个套接字，性能稍好，但仍然需要用户手动轮询检查每个套接字。 - **epoll**: 是Linux 2.6版本引入的高效IO多路复用机制，它在内核空间维护一个事件集合，当有套接字事件发生时，只需唤醒一个进程，极大提升了IO密集型应用的性能。 理解这些概念对于优化Linux下的网络IO至关重要，特别是在高并发、实时性要求高的场景下，选择合适的IO模型和多路复用机制能显著提升系统的效率和响应能力。文章旨在帮助读者在Ubuntu 16.04 LTS环境下，根据具体需求理解和使用这些技术。