在今天，大部分的服务都是 I/O 密集型的，应用程序会花费大量时间等待 I/O 操作的完成。网络轮询器是 Go 语言运行时用来处理 I/O 操作的关键组件，它使用了操作系统提供的 I/O 多路复用机制增强程序的并发处理能力。本节会深入分析 Go 语言网络轮询器的设计与实现原理。
6.6.1 设计原理
网络轮询器不仅用于监控网络 I/O，还能用于监控文件的 I/O，它利用了操作系统提供的 I/O 多路复用模型来提升 I/O 设备的利用率以及程序的性能。本节会分别介绍常见的几种 I/O 模型以及 Go 语言运行时的网络轮询器如何使用多模块设计在不同的操作系统上支持多路复用。
I/O 模型
操作系统中包含阻塞 I/O、非阻塞 I/O、信号驱动 I/O 与异步 I/O 以及 I/O 多路复用五种 I/O 模型。我们在本节中会介绍上述五种模型中的三种：
1.阻塞 I/O 模型；
2.非阻塞 I/O 模型；
3.I/O 多路复用模型；
在 Unix 和类 Unix 操作系统中，文件描述符（File descriptor，FD）是用于访问文件或者其他 I/O 资源的抽象句柄，例如：管道或者网络套接字1。而不同的 I/O 模型会使用不同的方式操作文件描述符。
阻塞 I/O
阻塞 I/O 是最常见的 I/O 模型，在默认情况下，当我们通过 read 或者 write 等系统调用读写文件或者网络时，应用程序会被阻塞：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
如下图所示，当我们执行 read 系统调用时，应用程序会从用户态陷入内核态，内核会检查文件描述符是否可读；当文件描述符中存在数据时，操作系统内核会将准备好的数据拷贝给应用程序并交回控制权。
图 6-39 阻塞 I/O 模型
操作系统中多数的 I/O 操作都是如上所示的阻塞请求，一旦执行 I/O 操作，应用程序会陷入阻塞等待 I/O 操作的结束。
非阻塞 I/O
当进程把一个文件描述符设置成非阻塞时，执行 read 和 write 等 I/O 操作会立刻返回。在 C 语言中，我们可以使用如下所示的代码片段将一个文件描述符设置成非阻塞的：
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
在上述代码中，最关键的就是系统调用 fcntl 和参数 O_NONBLOCK，fcntl 为我们提供了操作文件描述符的能力，我们可以通过它修改文件描述符的特性。当我们将文件描述符修改成非阻塞后，读写文件会经历以下流程：
图 6-40 非阻塞 I/O 模型
第一次从文件描述符中读取数据会触发系统调用并返回 EAGAIN 错误，EAGAIN 意味着该文件描述符还在等待缓冲区中的数据；随后，应用程序会不断轮询调用 read 直到它的返回值大于 0，这时应用程序就可以对读取操作系统缓冲区中的数据并进行操作。进程使用非阻塞的 I/O 操作时，可以在等待过程中执行其他任务，提高 CPU 的利用率。
I/O 多路复用
I/O 多路复用被用来处理同一个事件循环中的多个 I/O 事件。I/O 多路复用需要使用特定的系统调用，最常见的系统调用是 select，该函数可以同时监听最多 1024 个文件描述符的可读或者可写状态：
int select(int nfds, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict errorfds, struct timeval *restrict timeout);
除了标准的 select 之外，操作系统中还提供了一个比较相似的 poll 函数，它使用链表存储文件描述符，摆脱了 1024 的数量上限。
图 6-41 I/O 多路复用函数监听文件描述符
多路复用函数会阻塞的监听一组文件描述符，当文件描述符的状态转变为可读或者可写时，select 会返回可读或者可写事件的个数，应用程序可以在输入的文件描述符中查找哪些可读或者可写，然后执行相应的操作。
