微信搜索：码农StayUp主页地址：https://gozhuyinglong.github.io源码分享：https://github.com/gozhuyinglong/blog-demos日常Coding，如果你或多或少地接触过网络IO，你会想要了解更多。看了很多文章，总觉得一头雾水。直到看了《UNIX网络编程 卷1：套接字联网API》里的介绍，才恍然大悟。这里我就分享给大家。如果有不对的地方，请指出。一、概念描述为了便于理解后面的内容，我们先来了解一些概念。1.1SocketSocket中文翻译为套接字，是计算机网络中进程间双向通信的端点的抽象。Socket代表网络通信的一端，是操作系统提供的一种进程间通信机制。在操作系统中，通常会为应用程序提供一套应用程序编程接口，称为套接字接口（SocketAPI）。应用程序可以通过Socket接口使用网络Socket进行数据传输。一个Socket由IP地址和端口组成，即：Socket地址=IP地址：端口号。在同一台计算机上，TCP协议和UDP协议可以同时使用同一个端口（Port），互不干扰。要实现网络通信，至少需要一对Socket，其中一对运行在客户端，称为ClientSocket；另一个运行在服务器端，称为ServerSocket。Sockets之间的连接过程可以分为三个步骤：（1）服务器监听；(2)客户端连接；(3)连接确认。1.2Socket缓冲区每个Socket创建后，内核会分配两个缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区。通过Socket发送数据并不是立即将数据传输到网络上，而是先将数据写入输出缓冲区，然后将数据从输出缓冲区通过TCP协议发送到目标主机。通过Socket接收数据也是如此，它也是从输入缓冲区中读取数据，而不是直接从网络中读取。1.3用户空间、内核空间和系统调用操作系统的进程空间可分为用户空间（UserSpace）和内核空间（KernelSpace），它们需要不同的执行权限。大多数系统交互操作都需要在内核空间运行，比如设备IO操作。我们的应用运行在用户空间，没有系统层面的直接操作权限。应用程序要想访问系统的核心功能，必须通过系统调用（SystemCall）来完成。例如，调用recv()函数会将输入缓冲区的内容复制到用户缓冲区。系统调用运行在内核空间，是操作系统为应用程序提供的接口。下面列出了Linux操作系统中的一些系统调用接口（部分函数将在后面的章节中用到）：sendto发送UDP信息recv通过socket接收信息recvfrom接收UDP信息listen监听socket端口selectpolls多路同步IOshutdown关闭socket上的连接sigaction设置指定信号的处理方式1.4阻塞和非阻塞blocking和non-blockingfor描述调用者在等待返回结果时的状态。阻塞：调用者发起请求后，会等待结果返回，期间当前线程会被挂起（阻塞）。非阻塞：调用者发起请求后，立即返回，当前线程不会阻塞。本次调用的结果不会立即得到，调用者需要周期性轮询查看处理状态。1.5同步和异步同步和异步用来描述调用结果的返回机制（或通信机制）。同步：调用方发起请求后，会一直等待返回结果，即调用方主动等待调用结果。异步：调用者发起请求后立即返回，但不会立即获取结果，而是执行结束后被调用者主动通知（如Callback）调用者。2、五种IO模型IO模型是指：采用什么样的通道或通信方式进行数据传输，很大程度上决定了程序通信的性能。Linux系统为我们提供了五种可用的IO模型：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO多路复用模型、信号驱动IO模型和异步IO模型。2.1阻塞IO模型阻塞IO（BlockingIO）：从应用进程发起IO系统调用到内核返回成功标志，应用进程处于阻塞状态。2.2非阻塞IO模型非阻塞IO（Non-BlockingIO）：应用进程可以将Socket设置为非阻塞的，这样应用进程在发起IO系统调用后会立即返回。应用进程可以轮询的方式发起IO系统调用，直到内核返回成功标志。2.3IO多路复用模型IO多路复用（IOMultiplexin）：可以将多个应用进程的Socket注册到一个Select（多路复用器）中，然后用一个进程监听这个Select（这个操作会阻塞），Select会监听所有注册的Socket。只要有数据准备好的Socket，就会返回这个Socket。然后应用进程发起IO系统调用完成数据读取。2.4信号驱动IO模型信号驱动IO（SignalDrivenIO）：可以为Socket开启信号驱动IO功能。应用进程需要向内核注册一个信号处理程序，运行立即返回。当内核中数据就绪后，会向应用进程发送一个信号，应用进程可以在信号处理函数中发起IO系统调用，完成数据的读取。2.5异步IO模型异步IO（AsynchronousIO）：应用进程发起IO系统调用后，会立即返回。当内核中的数据准备好并复制到用户空间时，会产生一个信号通知应用进程。3、小结从以上五种IO模型可以看出，应用进程向内核发起IO系统调用后，内核会经过两个阶段来完成数据传输：第一阶段：等待数据。即应用进程发起IO系统调用后，等待数据；当数据传输到服务器时，它会将数据放入内核空间，此时数据已准备就绪。第二阶段：将数据从内核空间拷贝到用户空间，返回给应用程序识别成功。前四个模型的第二阶段是一样的，都是阻塞状态，主要区别在第一阶段。异步IO模型不同，应用进程在这两个阶段是完全非阻塞的。IO模型Phase1Phase2BlockingIOBlockingBlockingNon-blockingIONon-blockingBlockingIOMultiplexingBlocking(Select)BlockingSignalDrivenIOAsynchronousBlockingAsynchronousIOAsynchronous异步参考资料UNIX网络编程卷一：SocketsTheInternetofWordsAPI推荐阅读36张图讲解网络基础知识75张图带你了解网络设备、网络地址规划、静态路由、实战练习
