前置知识：

计算机系统中，应用是没办法直接操纵内存的，应用属于用户态，操纵内存（硬件）需要内核态，也是防止用户态权限过大

所有IO

• 阻塞IO（Blocking IO）
• 非阻塞IO（Nonblocking IO）
• IO多路复用（IO Multiplexing）
• 信号驱动IO（Signal Driven IO）
• 异步IO（Asynchronous IO）

阻塞IO（Blocking IO）

应用是无法直接从磁盘上读取数据的，分为两步：

1. 用户空间等待内核空间从硬件中拿到数据
2. 再把这个数据写给用户缓存去

这是一个阻塞的过程，两个阶段都要等待

非阻塞IO（Nonblocking IO）

1. 用户会一直尝试获取数据，因为内核里没有数据
2. 直到内核台有数据了，再阻塞用户进程，拷贝数据

IO多路复用（IO Multiplexing）

文件描述符（File Descriptor）：简称FD，是一个从0 开始的无符号整数，用来关联Linux中的一个文件。在Linux中，一切皆文件，例如常规文件、视频、硬件设备等，当然也包括网络套接字（Socket）。

通过FD，我们的网络模型可以利用一个线程监听多个FD，并在某个FD可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用CPU资源。

1. 调用select，指定要监听的FD集合（用户态告诉内核态，这些FD有一个好了就和我说）
2. 内核态通知，用户态recvfrom读取数据，此时肯定是有数据的

监听的多种方式： select、poll、 epoll

其中select和pool相当于是当被监听的数据准备好之后，他会把你监听的FD整个数据都发给你，你需要到整个FD中去找，哪些是处理好了的，需要通过遍历的方式，所以性能也并不是那么好

而epoll，则相当于内核准备好了之后，他会把准备好的数据，直接发给你，咱们就省去了遍历的动作。

epoll模式中如何解决这些问题的？

• 基于epoll实例中的红黑树保存要监听的FD，理论上无上限，而且增删改查效率都非常高
• 每个FD只需要执行一次epoll_ctl添加到红黑树，以后每次epol_wait无需传递任何参数，无需重复拷贝FD到内核空间
• 利用ep_poll_callback机制来监听FD状态，无需遍历所有FD，因此性能不会随监听的FD数量增多而下降

信号驱动IO

这种相当于 用户态告诉内核态：我要这个的数据，我看你这里没有，搞好了告诉我，我先去搞别的东西。等东西搞好了，内核态通知用户态可以来拿数据了，用户态调用recvfrom（阻塞）并返回数据

异步IO

这一步就是最后数据是由内核态直接传给用户态的

零拷贝

比如我现在要做一个文件传输系统，系统的文件流程大概是这样的：

（DMA是Direct Memory Access 直接访问内存的一个技术）

可以看到文件反复复制，拷贝了4次

进程状态切换了四次

零拷贝：

优化的几个点：

1. 用户缓冲区和内核态缓冲区共享一个
2. 内核态直接CPU拷贝到socket缓冲区
3. mmap() 系统调用函数会直接把内核缓冲区里的数据映射到用户空间，这样，操作系统内核与用户空间就不需要再进行任何的数据拷贝操作。

linux内核提供了一个sendfile函数，又可以优化一些：

所谓零拷贝，我认为就是这一层“用户态和内核态之间”零拷贝吧

详细请看：www.xiaolincoding.com/os/8_networ…

图源：黑马Redis & 小林coding