I/O 模型指的是操作系统处理输入/输出（I/O input/output）操作的不同方式，它们主要在于如何处理程序与 I/O 操作设备（如磁盘、网络等）之间的交互，以及在等待 I/O 操作完成时，程序如何调度和管理。
常见的IO模型有：
- 阻塞IO
- 非阻塞IO
- IO多路复用
- 异步IO
阻塞IO
最基础的IO模型，简单调用read（）函数进行处理，程序发出 I/O 操作请求后，会被阻塞，直到 I/O 操作完成。期间，程序无法执行其他任务，必须等待数据准备好或者操作完成。也可以开启多线程，每次接受一个请求就开启一个线程去处理。
特点：编程简单，但会浪费系统资源，因为线程在等待 I/O 完成期间无法做其他事情。如果开启多线程，线程太多会导致内存开销过大，并且每次切换线程也会给CPU带来开销。
非阻塞IO
升级了read（）函数，执行后程序发出 I/O 请求时不会被阻塞，如果操作不能立即完成，系统调用会立即返回错误或特定状态，告知程序数据尚未准备好，避免了一直阻塞的等待。
程序可以选择稍后重试（自己写轮询read（）函数监控判断是否就绪），或者继续执行其他任务。
特点：程序不会被阻塞，但 CPU 资源可能会被浪费在重复的轮询操作上。
IO多路复用
是一种在单个线程中同时监控多个 I/O 事件（如文件描述符、网络套接字）的机制。当其中某个或多个 I/O 事件就绪时，操作系统通知应用程序处理相应的 I/O 操作，从而避免为每个 I/O 事件单独创建线程或进程。这种机制有效地提高了系统对多 I/O 并发的处理能力。
IO多路复用相对于非阻塞IO就是系统自己提供轮询监控机制直接交给内核处理，避免了用户态切换到内核态的消耗。
IO多路复用常用机制
select函数
select 是最早期的 I/O 多路复用机制，它允许监控多个文件描述符，阻塞直到其中一个或多个就绪（可读、可写或有错误发生）。用数组，用户侧将数组拷贝传给内核，内核去轮询。
缺点：
- 文件描述符限制：
select的监控文件描述符数量有限，在大多数系统上为 1024。 - 效率低：每次调用
select都需要遍历所有文件描述符，因为它每次返回的是发生事件的数量，需要轮询判断是哪一个发生，导致在文件描述符数量较多时性能下降。
poll函数
poll 机制类似于 select，但没有文件描述符数量的限制。它通过传递一个文件描述符数组来监控多个 I/O 事件。解决了文件字符数量限制问题。数组变成链表。
缺点：
效率低：和 select 一样，poll 需要遍历所有的文件描述符数组，性能在文件描述符数量较大时也不理想。
epoll函数 （主要使用）
epoll 是 Linux 下的高效 I/O 多路复用机制，专为大规模文件描述符的高效管理设计。它与 select 和 poll 相比有显著的性能提升。不用拷贝直接传到内核，在内核中进行红黑树的创建，轮询速度快；返回时返回的是一个队列或链表，里面存储发生事件的描述符，不需要轮询判断那个事件发生
特点：
- 文件描述符无限制：
epoll没有文件描述符数量的限制，适合处理大规模并发连接。 - 高效的事件通知：
epoll使用事件驱动的模型（边缘触发或水平触发），即只有当文件描述符发生了新的 I/O 事件时才会返回，无需每次遍历整个描述符列表。 - 内核支持：
epoll内部使用事件表，将事件存储在内核空间中，避免每次调用时传递大量文件描述符。
int epoll_fd = epoll_create(1); // 创建 epoll 句柄
struct epoll_event event, events[MAX_EVENTS];
// 将一个 socket 文件描述符注册到 epoll 中
event.events = EPOLLIN; // 监听读事件
event.data.fd = listen_fd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event);//直接将fd传递到内核
// 循环等待事件
int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1); // 阻塞等待事件
for (int i = 0; i < nfds; i++) {
if (events[i].events & EPOLLIN) {
// 处理可读事件
}
}
总结
I/O 多路复用是一种在高并发环境中高效处理多个 I/O 操作的机制，避免了传统阻塞 I/O 模型的线程开销问题。常见的机制如 select、poll、epoll、kqueue 各自适用于不同的场景，其中 epoll 是 Linux 系统中处理大规模 I/O 操作的首选。