Linux设计

1、MutiTask 多任务

多个任务同时执行，同时可以是并发或并行。

2、SMP 对称多处理

每个CPU地位相等，使用权限相同，多个CPU共享一个内存，每个 CPU 都可以访问完整的内存和硬件资源。

3、ELF 可执行文件链接格式

Linux中可执行文件的存储格式。

4、Monolithic Kerne宏内核的特征是系统内核的所有模块

比如进程调度、内存管理、文件系统、设备驱动等，都运行在内核态。Linux 的内核是一个完整的可执行程序，且拥有最高的权限。

IO复用

1. I/O(数据交换过程)

1、背景

I/O即Input/Output（输入和输出），由于程序和运行时数据是在内存中驻留，由CPU这个超快的计算核心来执行，涉及到数据交换的地方，通常是磁盘、网络等，就需要IO接口。

IO编程中涉及到流，其是相对于内存而言的，所以，Input Stream就是数据从外面（磁盘、网络）流进内存， Output Stream就是数据从内存流到外面去。

2、概念

I/O操作就是在运行代码的过程中，可能需要对文件的读写，即将文件输入（Input）到内存和将代码执行结果产生的文件输出（Output）到外设（网络、磁盘）的过程。

3、分类

1. 网络I/O：通过网络进行数据的拉取和输出;
2. 磁盘I/O：主要是对磁盘进行读写工作。
3. 五种IO模型

1、输入阶段一般操作

1. 等待数据准备好
2. 从内核向进程复制数据

2、例如：

1. 等待数据从网络中到达：所等分组到达时，被复制到内核中的某个缓冲区
2. 把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区

3、分类

1. 阻塞式I/O

4、同步I/O

（1）阻塞式I/O

进程或线程等待某个条件，如果条件不满足，则一直等下去。条件满足，则进行下一步操作。（默认情况下）

应用进程通过系统调用 recvfrom 接收数据，但由于内核还未准备好数据报，应用进程就会阻塞住，直到内核准备好数据报，recvfrom 完成数据报复制工作，应用进程才能结束阻塞状态。

优点：

设备文件不可操作时，可进入休眠状态，将CPU资源让出；当设备文件可以操作的时候就必须唤醒进程，一般在中断函数中完成唤醒工作;

缺点：

耗费时间，适合并发低，时效性要求低的情况。

（2）非阻塞式I/O

应用进程与内核交互，目的未达到之前，不再一味的等着，而是直接返回;

通过轮询的方式，不停的去问内核数据有没有准备好。如果某一次轮询发现数据已经准备好了，那就把数据拷贝到用户空间中。

前三次调用 recvfrom 时没有数据可返回，内核立即返回 EWOULDBLOCK 错误

第四次调用 recvfrom 时，已有一个数据报准备好，将其从内核复制到应用进程缓冲区， recvfrom 成功返回;

轮询（polling）：

应用进程持续轮询内核，以查看某个操作是否就绪;

缺点：往往耗费大量CPU时间。

（3）IO复用

通过调用 select 或 poll，阻塞在这两个系统调用中的某一个之上，而不是阻塞在真正的I/O系统调用上。

阻塞于 select 调用，等待数据报套接字变为可读，当 select 返回套接字可读这一条件时，调用 recvfrom 把所读数据报复制到应用进程缓存区。

多个进程I/O注册到同一个 select，当用户进程调用 select，select 监听所有注册好的IO：

1. 若所有被监听的I/O需要的数据未准备好，则阻塞
2. 任意一个所需数据准备好后，select 调用返回
3. 用户进程通过 recvfrom 进行数据拷贝

优点：可以等待多个描述符就绪。

开启套接字信号驱动I/O功能，通过 sigaction 系统调用安装一个信号处理函数，该系统函数立即返回，不阻塞;

数据报准备好后，内核为该进程产生一个 SIGIO 信号递交给进程;

可以在信号处理函数中调用 recvfrom 读取数据报，通知主循环数据已准备好待处理;

可以立即通知主循环，读取数据报。

优点：

等待数据报到达期间进程不被阻塞。主循环可以继续执行，等待来自信号处理函数的通知：既可以是数据已经准备好被处理，也可以是数据报已经准备好被读取。

（5）异步IO

用户进程告知内核启动某个操作，并由内核在整个操作中完成后通知用户进程。

与信号驱动I/O的区别：

1. 信号驱动I/O是由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作
2. 异步I/O是由内核通知我们I/O操作何时完成

步骤：

1. 用户进程调用aio_read函数，给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小和文件偏移，告诉内核整个操作完

成时如何通知我们，然后就立刻去做其他事情;

1. 当内核收到aio_read后，会立刻返回，然后内核开始等待数据准备，数据准备好以后，直接把数据拷贝到用户

空间，然后再通知进程本次IO已经完成。