缓存I/O
大多数文件系统的默认 I/O 操作都是缓存 I/O。在 Linux 的缓存 I/O 机制中，操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存中。也就是说，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。
也就是说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：
- 等待数据准备
- 将数据从内核拷贝到进程中
根据这两个阶段，linux系统产生了五种网络模式：
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阻塞 I/O（blocking IO）
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非阻塞 I/O（nonblocking IO）
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I/O 多路复用（ IO multiplexing）
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信号驱动 I/O（ signal driven IO）
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异步 I/O（asynchronous IO）
本节不会讲述第4中模式。
阻塞I/O
当用户进程调用recvfrom系统调用来从套接字中接收数据时：
（1）内核开始准备数据（对于网络IO来说，很多时候数据在一开始还没有到达。比如，还没有收到一个完整的UDP包。这个时候内核就要等待足够的数据到来），也就是说数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中是需要一个过程的。而在用户进程会被阻塞
（2）当内核等到数据准备好后，它会将数据从内核拷贝到用户内存，然后内核return ok，用户进程才解除阻塞状态。
非阻塞I/O
当用户进程发出read操作时，如果内核中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。用户进程判断结果是一个error后，可以选择再次发送read操作。一旦内核的数据准备好，并且收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后return ok。
因此NIO的特点是用户进程需要不断的主动询问内核数据好了没有
I/O多路复用
由于阻塞模型在没有收到数据时会阻塞，如果一次需要接受多个socket fd的时候，就会导致必须处理完前面的fd，才能处理后面的fd，即使可能后面的fd比前面的fd还要先准备好，所以这样就会造成客户端的严重延迟。也许你会想到使用多线程来处理socket fd，但为了避免启动大量线程造成的资源连给，我们可以使用I/O多路复用技术，即一个进程（线程）来处理多个fd请求。
fd 即fild descriptor，一个套接字描述器。在Unix/Linux系统下，一个socket，可以看做是一个文件，在socket上收发数据，相当于对一个文件进行读写，所以一个socket句通常也用表示文件句柄的fd来表示。
select
它的工作流程是：进程发出select并被阻塞，然后内核就会轮询检查所有select负责的fd，当找到一个client中的数据准备好了，select就会返回，此时程序就会系统调用，将数据从内核复制到进程缓冲区。
缺点
（1）单个进程最大只能同时监视1024个fd
（2）主动轮询的成本很高：每一次呼叫select()都需要从用户空间把把 FD_SET复制到内核里，然后内核还需要轮询每个fd。但实际上同时连接的客户端在一时刻很少处于就绪状态。
poll
poll的原理与select相似，差别在于：
（1）描述fd集合的方式不同：select使用的是一个long类型数组fd_set，而poll使用的是链式结构pollfd，因此没有最大连接数限制
（2）poll的一个特点是水平触发（LT）：只要内核缓冲区中还有未读数据，就会一直返回描述符的就绪状态，即不断地唤醒应用进程。
（3）select需要为读，写，异常事件分别创建一个描述符集合，最后轮询时分别轮询这三个集合。而poll只需要一个集合，在每个描述符对应的结构上分别设置读、写、异常事件，最后轮询的时候，可以同时检查三种事件。
epoll
针对于select/poll的缺点，引入的一个新技术：epoll。
epoll 提供了三个函数：
- int epoll_create(int size); 建立一個 epoll 对象，并传回它的id
- int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 事件注册函数，将需要监听的事件和需要监听的fd交给epoll对象
- int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 等待注册的事件被触发或者timeout发生
epoll的使用步骤：
- 调用epoll_create()创建一个epoll描述符
- 调用epoll_ctl()给描述符设置所关注的事件，并把它添加到内核的事件列表中
- 等待内核通知事件发生，得到发生事件的描述符的结构列表，该过程由epoll_wait()完成。
epoll解决了什么问题？
- epoll监控的fd没有数量限制
- epoll不需要每次都从用户空间将fd复制到内核。这是因为epoll在使用epoll_ctl函数进行函数注册时，已经将fd复制到内核中。
- select，poll都是主动轮询机制，需要拜访每一个fd；而epoll是被动触发方式，给fd注册相应时间时，我们为每一个fd指定回调函数，数据准备好之后，就会把就绪的fd加入一个就绪的队列中。epoll_wait函数实际是在就绪队列里查看有无就绪的fd，若有则唤醒就绪队列上的等待着，然后调用回调函数。
epoll的LT模式和ET模式：
（1）水平模式LT：内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。
（2）边缘触发ET：当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了（比如你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）
举例说明两模式：
- 把一个用来从管道中读取数据的文件句柄RFD添加到epoll描述符
- 从管道另一端被写入2KB的数据
- 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
- 我们读取1KB的数据
- 调用epoll_wait(2)...
如果是LT模式，那么在第5步调用后，仍能收到通知；而如果是ET模式（也就是在第1步时使用了EPOLLET标志），则在第5步调用后可能被挂起，因为剩余数据还存在于文件的输入缓冲区内，且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有当监视的文件描述符发送某个事件后，才会汇报时间。因此在第5步，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。
总结
select, poll是为了解決同时大量IO的情況，但是随着连接数越多，性能越差
poll是select和poll的改进方案，在 linux 上可以取代 select 和 poll，可以处理大量连接的性能问题
