五种IO模型

包括：阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO、异步IO。

什么是IO多路复用

IO多路复用是一种同步IO模型，实现一个线程可以监视多个文件句柄；一旦某个文件句柄就绪，就能够通知应用程序进行相应的读写操作；
没有文件句柄就绪时会阻塞应用程序，交出cpu。多路是指网络连接，复用指的是同一个线程

Libevent是基于Reactor模式的 网络库

libevent是一个事件处理框架，一个开源的网络库
libevent是一个开源库，epoll是一个Linux系统调用。

事件循环主要有两个作用：
    用来管理事件，比如说添加我们感兴趣的事件，修改事件或删除事件。
    用来轮询它管理的所有事件，如果发现有事件活跃 (avtive)，就调用相应的回调函数去处理事件。
    默认情况下，当一个事件变得活跃时，Libevent 会执行这个事件的回调函数，但同时也会将这个事件从事件循环中移除

workerman的两种进程模型

https://www.cnblogs.com/yulibostu/articles/9722907.html
workerman是一个高性能的PHP socket 服务器框架，workerman基于PHP多进程以及libevent事件轮询库
workerman的目标是让PHP开发者更容易的开发出基于socket的高性能的应用服务，而不用去了解PHP socket以及PHP多进程细节。 
workerman本身是一个PHP多进程服务器框架，具有PHP进程管理以及socket通信的模块，所以不依赖php-fpm、nginx或者apache等这些容器便可以独立运行

1、基本的master worker模型
2、master gateway worker模型
    这种模型多了一个gateway进程组，工作流程与master worker模型基本相同，
    区别是worker进程不再直接与客户端打交道，客户端与worker进程之间多了一个gateway进程，gateway专职处理网络IO，并维护客户端的长连接。
    master gateway worker 模型非常适合长连接应用

IO多路复用的三种实现方式

select 时间复杂度O(n)

原理：
    1.它仅仅知道 有I/O事件发生了，却并不知道是哪那几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流对他们进行操作。
    所以select具有O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。
    2.select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。

缺点：
    1.每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大。需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
    2.对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低：
       当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。
    3.select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024
        单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限。
        一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048.

poll 时间复杂度O(n)

原理：
    1. poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，
    如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，
    如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。
    2. 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的.

缺点：  
    1、大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。                   
    2、poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。

epoll 时间复杂度O(1)

原理：
    epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。
    所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）
    epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。

epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式
    LT模式（默认的模式）
        只要这个fd还有数据可读，每次 epoll_wait都会返回它的事件，提醒用户程序去操作，
    ET模式（边缘触发） “高速”模式
        它只会提示一次，直到下次再有数据流入之前都不会再提示了，无 论fd中是否还有数据可读。
        所以在ET模式下，read一个fd的时候一定要把它的buffer读光，也就是说一直读到read的返回值小于请求值，或者 遇到EAGAIN错误。
epoll的优点：
    1、没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；
    2、效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；
    即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。
    3、 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。

select、poll、epoll 区别

select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。  
epoll跟select都能提供多路I/O复用的解决方案。在现在的Linux内核里有都能够支持，其中epoll是Linux所特有，而select则应该是POSIX所规定，一般操作系统均有实现

1、支持一个进程所能打开的最大连接数
    select
        单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是3232，同理64位机器上FD_SETSIZE为3264），当然我们可以对进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响，这需要进一步的测试。
    poll
         poll本质上和select没有区别，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的
    epoll
        虽然连接数有上限，但是很大，1G内存的机器上可以打开10万左右的连接，2G内存的机器可以打开20万左右的连接
2、FD剧增后带来的IO效率问题
    select
        因为每次调用时都会对连接进行线性遍历，所以随着FD的增加会造成遍历速度慢的“线性下降性能问题”。
    poll
        同上
    epoll
        因为epoll内核中实现是根据每个fd上的callback函数来实现的，只有活跃的socket才会主动调用callback，所以在活跃socket较少的情况下，使用epoll没有前面两者的线性下降的性能问题，但是所有socket都很活跃的情况下，可能会有性能问题。
3、 消息传递方式
    select
        内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作
    poll
        同上
    epoll
        epoll通过内核和用户空间共享一块内存来实现的。
总结：
    1、表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。
    2、select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善 
    3、select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。
    4、select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只要一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次（在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内部定义的等待队列）。这也能节省不少的开销。 

总结

epoll缺点

epoll只能工作在linux下

epoll应用

redis
nginx

select/poll/epoll之间的区别

        select  poll    epoll
操作方式    遍历  遍历  回调
底层实现    数组  链表  红黑树
最大连接数   1024（x86）或2048（x64） 无上限 无上限
IO效率    
    每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为O(n)  
    每次调用都进行线性遍历，时间复杂度为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)
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

完整代码示例

https://github.com/caijinlin/learning-pratice/tree/master/linux/io

高频面试题

什么是IO多路复用?
nginx/redis 所使用的IO模型是什么？
select、poll、epoll之间的区别
epoll 水平触发（LT）与 边缘触发（ET）的区别？