同步和異步
發出一個調用時，在沒有得到結果之前，該調用就不返回，返回時，就攜帶了結果。
調用在發出之后，這個調用就直接返回了，所以沒有返回結果，通過狀態，通知，回調來得到結果。
阻塞和非阻塞
阻塞調用是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起。調用線程只有在得到結果之后才會返回。
非阻塞調用指在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞當前線程。
舉個栗子
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普通水壺，水開沒有特征
小明燒水，等水開了，再去吃飯
小明燒水，立馬去吃飯，但在吃飯過程中，沒隔一段就去看水的狀態
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響水壺，水開壺會響
小明燒水，等水壺響了，再去吃飯
小明燒水，立馬去吃飯，等水壺響了，關火，繼續吃飯
IO發展史
相關技術
select
poll
epoll
kqueue
IOCP
epoll
//用戶數據載體
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
//fd裝載入內核的載體
struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
//三板斧api
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);
poll_create是在內核區創建一個epoll相關的一些列結構，并且將一個句柄fd返回給用戶態，后續的操作都是基于此fd的，參數size是告訴內核這個結構的元素的大小。
epoll_ctl是將fd添加/刪除于epoll_create返回的epfd中，其中epoll_event是用戶態和內核態交互的結構，定義了用戶態關心的事件類型和觸發時數據的載體epoll_data。
epoll_wait是阻塞等待內核返回的可讀寫事件，epfd還是epoll_create的返回值，events是個結構體數組指針存儲epoll_event，也就是將內核返回的待處理epoll_event結構都存儲下來，maxevents告訴內核本次返回的最大fd數量，這個和events指向的數組是相關的。
epoll_event是用戶態需監控fd的代言人，后續用戶程序對fd的操作都是基于此結構的。
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epoll_create場景：
- 我們剛進入公司，需要設備，確定一個學習委員，學習委員幫大家申請設備，學習委員告訴IT部門，我是校招負責人，他們給一個憑證，以后都會用到
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epoll_ctl場景：
- 學習委員開始收集大家的設備需求，比如AA需要一個11 max pro，BB需要一個2019年16.1寸 macbook pro，學習委員告訴IT部門
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epoll_wait場景：
- 學習委員就在等通知，這時候藍信收到通知，BB的macbook pro批下來了，AA的還沒有批下來，學習委員就繼續等；
epoll高效的原因
在Linux內核里，一切皆文件。所以，epoll向內核注冊了一個文件系統，用于存儲上述的被監控socket。當你調用epoll_create時，就會在這個虛擬的epoll文件系統里創建一個file結點。當然這個file不是普通文件，它只服務于epoll。
epoll在被內核初始化時（操作系統啟動），同時會開辟出epoll自己的內核高速cache區，用于安置每一個我們想監控的socket，這些socket會以紅黑樹的形式保存在內核cache里，以支持快速的查找、插入、刪除。這個內核高速cache區，就是建立連續的物理內存頁，然后在之上建立slab層，簡單的說，就是物理上分配好你想要的size的內存對象，每次使用時都是使用空閑的已分配好的對象。
由于我們在調用epoll_create時，內核除了幫我們在epoll文件系統里建了個file結點，在內核cache里建了個紅黑樹用于存儲以后epoll_ctl傳來的socket外，還會再建立一個list鏈表，用于存儲準備就緒的事件.
當我們執行epoll_ctl時，除了把socket放到epoll文件系統里file對象對應的紅黑樹上之外，還會給內核中斷處理程序注冊一個回調函數，告訴內核，如果這個句柄的中斷到了，就把它放到準備就緒list鏈表里。所以，當一個socket上有數據到了，內核在把網卡上的數據copy到內核中后就來把socket插入到準備就緒鏈表里了。
當epoll_wait調用時，僅僅觀察這個list鏈表里有沒有數據即可。有數據就返回，沒有數據就sleep，等到timeout時間到后即使鏈表沒數據也返回。所以，epoll_wait非常高效。而且，通常情況下即使我們要監控百萬計的句柄，大多一次也只返回很少量的準備就緒句柄而已，所以，epoll_wait僅需要從內核態copy少量的句柄到用戶態而已.
執行過程
- 執行epoll_create時，創建了紅黑樹和就緒鏈表，執行epoll_ctl時，如果增加socket句柄，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則添加到樹干上，然后向內核注冊回調函數，用于當中斷事件來臨時向準備就緒鏈表中插入數據。執行epoll_wait時立刻返回準備就緒鏈表里的數據即可。
補充說明
- epoll不一定是最佳實踐，要結合具體業務場景
用戶態與內核態
內核態：控制計算機的硬件資源，并提供上層應用程序運行的環境。
用戶態：上層應用程序的活動空間，應用程序的執行必須依托于內核提供的資源。
系統調用：為了使上層應用能夠訪問到這些資源，內核為上層應用提供訪問的接口。
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系統調用與上層應用程序的關系：
- 如果將系統調用比作是一個“比畫”，那么上層應用就是一個“漢字”。如果完成一個“漢字”，就需要通過多個系統調用。
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系統調用與公用函數庫的關系：
- 公用函數庫實現對系統調用的封裝，將簡單的業務邏輯接口呈現給用戶，方便用戶調用，從這個角度上看，庫函數就像是組成漢字的“偏旁”。
在CPU的所有指令中，有一些指令是非常危險的，如果錯用，將導致整個系統崩潰。所以，CPU將指令分為特權指令和非特權指令，對于那些危險的指令，只允許操作系統及其相關模塊使用，普通的應用程序只能使用那些不會造成災難的指令。
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用戶態到內核態
- 系統調用
- 異常事件，缺頁中斷
- 外設中斷，Ctrl+C
系統調用的本質其實也是中斷，相對于外圍設備的硬中斷，這種中斷稱為軟中斷。從觸發方式和效果上來看，這三種切換方式是完全一樣的，都相當于是執行了一個中斷響應的過程。但是從觸發的對象來看，系統調用是進程主動請求切換的，而異常和硬中斷則是被動的。
