同步，阻塞

同步
- 同步通常是指一个任务的完成依赖于另外一个任务，只有等待被依赖的任务完成后，依赖的任务才能算完成，这是一种可靠的任务序列。要么都成功，要么都失败，两个任务的状态可保持一致。
异步
- 异步不需要等待被依赖的任务完成，只是通知被依赖的任务要完成什么工作，该任务就立即执行，只要整个任务完成就算完成了。至于被依赖的任务是否完成，另一任务无法确定，所以是不可靠的任务序列。
阻塞
- 阻塞调用是指咋调用结果返回之前，该线程会被挂起，一直处于等待消息通知，不能执行其他任务，在得到结果后返回。
非阻塞
- 与阻塞等待结果的方式相反，非阻塞调用若没有在调用后立刻获得调用结果，将会立刻返回。通常非阻塞都会多次调用，所以在提高了CPU利用率的同时，增加了线程切换的次数。

阻塞IO模型

应用程序调用一个IO函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。从内核拷贝到用户空间,IO函数返回成功指示。

非阻塞IO模型

我们把一个SOCKET接口设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的IO操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。这样我们的IO操作函数将不断的测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。

IO复用模型

I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。

select

select模型维护一个fd_set(File descriptor,long 数组)（维护文件句柄），查询就绪事件并返回。

select系统调用的目的是：在一段指定时间内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写和异常事件。poll和select应该被归类为这样的系统 调用，它们可以阻塞地同时探测一组支持非阻塞的IO设备，直至某一个设备触发了事件或者超过了指定的等待时间——也就是说它们的职责不是做IO，而是帮助 调用者寻找当前就绪的设备。

优点
在单一线程注册多个socket，并发处理多个IO请求。

存在问题

fd_set在每次调用select都需要拷贝到内核态，拷贝开销大，同时查询操作需要遍历fd_set，速度慢。

fd_set大小被内核宏定义为1024（32位，64位2048）,不可变。

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

void FD_ZERO(fd_set *fdset);
//清空集合
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);
//将一个给定的文件描述符加入集合之中
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);
//将一个给定的文件描述符从集合中删除
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);
// 检查集合中指定的文件描述符是否可以读写

//返回值：失败-1 超时0 成功>0(就绪FD数量)

poll

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
//nfds_t nfds 记录数组fds中描述符的总数量
//timeout 等待的超时时间
//fd 
typedef struct pollfd {
        int fd;                         // 需要被检测或选择的文件描述符
        short events;                   // 对文件描述符fd上感兴趣的事件
        short revents;                  // 文件描述符fd上当前实际发生的事件
} pollfd_t;
//返回值为就绪文件数量，空为0，错误为1.

poll与select差距不大，用pollfd替代fd_set，解决了文件描述符大小上限问题。struct pollfd *fds fds是一个struct pollfd类型的数组，用于存放需要检测其状态的socket描述符，并且调用poll函数之后fds数组不会被清空；一个pollfd结构体表示一个被监视的文件描述符，通过传递fds指示 poll() 监视多个文件描述符。其中，结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域，结构体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域.

epoll

epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。

epoll是基于事件驱动的I/O方式，相对于select来说，epoll没有描述符个数限制，使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关心的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。

int epoll_create(int size);
//创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量。调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
/*函数注册要监听的事件类型
epfd 表示epoll句柄
op 表示fd操作类型，有如下3种
EPOLL_CTL_ADD 注册新的fd到epfd中
EPOLL_CTL_MOD 修改已注册的fd的监听事件
EPOLL_CTL_DEL 从epfd中删除一个fd
fd 是要监听的描述符
event 表示要监听的事件
*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
//函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目，调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。
/*
epfd 是epoll句柄
events 表示从内核得到的就绪事件集合
maxevents 告诉内核events的大小
timeout 表示等待的超时事件
*/

//epoll_event 结构体
struct epoll_event {
    __uint32_t events;  /* Epoll events */
    epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;

EPOLL无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。

Epoll的2种工作方式-水平触发（LT）和边缘触发（ET）

LT：默认工作模式，即当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序可以不立即处理该事件；下次调用epoll_wait时，会再次通知此事件.
ET：当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次通知此事件。（直到你做了某些操作导致该描述符变成未就绪状态了，也就是说边缘触发只在状态由未就绪变为就绪时只通知一次).

–	select	poll	epoll
操作方式	遍历	遍历	callback
底层实现	数组	链表	红黑树
IO效率	线性遍历o(n)	线性遍历 o(n)	事件通知方式，每当fd就绪，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪fd放到readyList里面，时间复杂度O(1)
最大链接数	1024（x86）或2048（x64）	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态	调用epoll_ctl时拷贝进内核并保存，之后每次epoll_wait不拷贝

信号驱动IO

异步IO

异步通知和异步IO（AIO),用户程序可以通过向内核发出I/O请求命令，不用等待I/O事件真正发生，可以继续做另外的事情，等I/O操作完成，内核会通过函数回调或者信号机制通知用户进程。这样很大程度提高了系统吞吐量。