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IO多路复用的理解/演变过程

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阻塞IO
非阻塞 IO
【IO多路复用的理解/演变过程】select
epoll
总结一下 。
阻塞IO服务端为了处理客户端的连接和请求的数据，写了如下代码 。

  1. listenfd = socket();// 打开一个网络通信端口
  2. bind(listenfd);// 绑定
  3. listen(listenfd);// 监听
  4. while(1) {
  5. connfd = accept(listenfd);// 阻塞建立连接
  6. int n = read(connfd, buf);// 阻塞读数据
  7. doSomeThing(buf);// 利用读到的数据做些什么
  8. close(connfd);// 关闭连接，循环等待下一个连接
  9. }
这段代码会执行得磕磕绊绊，就像这样 。
IO多路复用的理解/演变过程

文章插图
可以看到，服务端的线程阻塞在了两个地方，一个是 accept 函数，一个是 read 函数 。
如果再把 read 函数的细节展开，我们会发现其阻塞在了两个阶段 。
IO多路复用的理解/演变过程

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这就是传统的阻塞 IO 。
整体流程如下图 。
IO多路复用的理解/演变过程

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所以，如果这个连接的客户端一直不发数据，那么服务端线程将会一直阻塞在 read 函数上不返回，也无法接受其他客户端连接 。
这肯定是不行的 。
非阻塞 IO为了解决上面的问题，其关键在于改造这个 read 函数 。
有一种聪明的办法是，每次都创建一个新的进程或线程，去调用 read 函数，并做业务处理 。
  1. while(1) {
  2. connfd = accept(listenfd);// 阻塞建立连接
  3. pthread_create（doWork);// 创建一个新的线程
  4. }
  5. void doWork() {
  6. int n = read(connfd, buf);// 阻塞读数据
  7. doSomeThing(buf);// 利用读到的数据做些什么
  8. close(connfd);// 关闭连接，循环等待下一个连接
  9. }
这样，当给一个客户端建立好连接后，就可以立刻等待新的客户端连接，而不用阻塞在原客户端的 read 请求上 。
IO多路复用的理解/演变过程

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不过，这不叫非阻塞 IO，只不过用了多线程的手段使得主线程没有卡在 read 函数上不往下走罢了 。操作系统为我们提供的 read 函数仍然是阻塞的 。
所以真正的非阻塞 IO，不能是通过我们用户层的小把戏，而是要恳请操作系统为我们提供一个非阻塞的 read 函数 。
这个 read 函数的效果是，如果没有数据到达时（到达网卡并拷贝到了内核缓冲区），立刻返回一个错误值（-1），而不是阻塞地等待 。
操作系统提供了这样的功能，只需要在调用 read 前，将文件描述符设置为非阻塞即可 。
  1. fcntl(connfd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
  2. int n = read(connfd, buffer) != SUCCESS);
这样，就需要用户线程循环调用 read，直到返回值不为 -1，再开始处理业务 。
IO多路复用的理解/演变过程

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这里我们注意到一个细节 。
非阻塞的 read，指的是在数据到达前，即数据还未到达网卡，或者到达网卡但还没有拷贝到内核缓冲区之前，这个阶段是非阻塞的 。     
当数据已到达内核缓冲区，此时调用 read 函数仍然是阻塞的，需要等待数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，才能返回 。
整体流程如下图
IO多路复用的理解/演变过程

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