IO模型

网络 IO 的本质：

等待数据准备好，并将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。

常见 IO 模型：

1. 阻塞 IO
2. 非阻塞 IO
3. IO 多路复用
4. 信号驱动 IO
5. 异步 IO

阻塞 IO

默认情况下，Socket 是阻塞的。

例如调用 recv() 时：

• 如果没有数据，线程会阻塞等待
• 有数据后才返回

示例：

char buffer[1024];
ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);

如果没有数据，程序会停在 recv()。

优点：

• 编程简单

缺点：

• 一个线程只能处理一个连接
• 并发能力差

非阻塞 IO

可以将 Socket 设置为非阻塞。

如果没有数据，recv() 不会阻塞，而是立即返回错误。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

void setNonBlocking(int fd) {
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
}

非阻塞 recv()：

char buffer[1024];
ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);

if (n > 0) {
    // 收到数据
} else if (n == 0) {
    // 对端关闭连接
} else {
    if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
        // 当前没有数据
    } else {
        // 其他错误
    }
}

优点：

• 不会因为一个连接阻塞整个线程

缺点：

• 需要不断轮询，浪费 CPU

IO 多路复用

IO 多路复用允许一个线程同时监听多个 Socket。

常见 API：

API	平台	特点
select	跨平台较好	有 fd 数量限制
poll	Unix/Linux	无固定 fd 限制
epoll	Linux	高性能，适合大量连接
kqueue	BSD/macOS	类似 epoll

select

select 可以监听多个文件描述符。

缺点：

• FD_SETSIZE 限制，通常为 1024
• 每次调用都需要重新设置 fd 集合
• 需要遍历所有 fd

简单示例：

#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

fd_set readfds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sockfd, &readfds);

int ret = select(sockfd + 1, &readfds, nullptr, nullptr, nullptr);

if (ret > 0) {
    if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
        char buf[1024];
        recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
    }
}

poll

poll 使用数组管理 fd。

#include <poll.h>

struct pollfd fds[1];
fds[0].fd = sockfd;
fds[0].events = POLLIN;

int ret = poll(fds, 1, -1);

if (ret > 0) {
    if (fds[0].revents & POLLIN) {
        char buf[1024];
        recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
    }
}

epoll

epoll 是 Linux 下高性能 IO 多路复用机制。

适合：

• 高并发连接
• 大量空闲连接
• 长连接服务

常用函数：

epoll_create1()
epoll_ctl()
epoll_wait()

基本流程：

epoll_create1()
epoll_ctl(ADD)
epoll_wait()
处理事件

示例：

#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

int epfd = epoll_create1(0);

struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = sockfd;

epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);

struct epoll_event events[1024];

while (true) {
    int n = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);

    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        int fd = events[i].data.fd;

        if (events[i].events & EPOLLIN) {
            char buf[1024];
            ssize_t len = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);

            if (len > 0) {
                // 处理数据
            } else if (len == 0) {
                close(fd);
            }
        }
    }
}

LT 与 ET 模式

epoll 有两种触发模式：

模式	全称	特点
LT	Level Triggered，水平触发	只要缓冲区有数据，就一直通知
ET	Edge Triggered，边缘触发	状态变化时通知一次

LT 模式

默认模式。

特点：

• 编程简单
• 可以不一次性读完数据
• 只要数据还在，下次还会通知

ET 模式

使用 EPOLLET。

特点：

• 性能更好
• 必须配合非阻塞 IO
• 必须循环读到 EAGAIN

示例：

ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;

ET 模式读取示例：

while (true) {
    char buf[1024];
    ssize_t n = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);

    if (n > 0) {
        // 处理数据
    } else if (n == 0) {
        close(fd);
        break;
    } else {
        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
            break;
        } else {
            close(fd);
            break;
        }
    }
}