go 中的 IO 操作

go 语言的官方库中对所有的文件描述符都做了统一的封装，无论是 socket 文件还是普通文件，都包含了poll.FD数据结构，并被 pollDesc 统一管理。

// 普通文件描述符
type file struct {
  pfd         poll.FD
  name        string
  dirinfo     *dirInfo // nil unless directory being read
  nonblock    bool     // whether we set nonblocking mode
  stdoutOrErr bool     // whether this is stdout or stderr
  appendMode  bool     // whether file is opened for appending
}

// socket 描述符
type netFD struct {
  pfd poll.FD

  // immutable until Close
  family      int
  sotype      int
  isConnected bool // handshake completed or use of association with peer
  net         string
  laddr       Addr
  raddr       Addr
}

这两种文件类型的读写操作都会最终调用 poll.FD的读写函数，以文件描述符的读操作为例，最终会调用以下函数：

// Read implements io.Reader.
func (fd *FD) Read(p []byte) (int, error) {
  // 检查、加锁、准备操作
  ...

  for {
    // 忽略 EINTR 错误，并尝试进行读取
    n, err := ignoringEINTRIO(syscall.Read, fd.Sysfd, p)
    if err != nil {
      n = 0
      // 如果读取失败，错误为 EAGAIN，且 fd 被注册到了多路复用管理器中
      // 主动进入阻塞状态，并等待被唤醒
      if err == syscall.EAGAIN && fd.pd.pollable() {
        if err = fd.pd.waitRead(fd.isFile); err == nil {
          continue
        }
      }
    }
    err = fd.eofError(n, err)
    return n, err
  }
}

函数处理读取的主要逻辑为：尝试非阻塞读取——如果读取成功则返回/读取失败则进入阻塞。该函数的处理逻辑其实已经对普通文件和 socket 文件进行了分流，普通文件的读写通常是不会进入阻塞状态的，通常会在第一次读取时返回。而 socket 类型的文件描述符，在尝试读取失败后，会进入到 fd.pd.waitRead(fd.isFile)，最终调用runtime_pollWait 函数，将当前 goroutine 的标识为更改为阻塞状态。

go 语言中，虽然 IO 底层使用了非阻塞的多路复用，但最终提交给用户是阻塞调用的模式。非阻塞多路复用只是为了给 goroutine 提供调度——当一个协程发现自身不能满足执行条件时，得以能够主动修改自身状态，使自身进入到协程的阻塞状态，而不是被操作系统进行线程调度，使线程进入阻塞。用户态的阻塞 IO 是为了配合 goroutine 的调度机制和 go 语言的编程逻辑，即采用多个 goroutine 来处理并行的请求。这样程序在编写过程中就只要考虑请求的执行顺序，如果执行过程中遇到条件不满足的情况，直接进入阻塞并等待被唤醒。

如果需要在 go 中使用非阻塞 IO，那么可能就需要抛弃官方库所构建出的高层次抽象，这其实更像是在写 C/C++程序。go 语言在 package unix 中提供了比较底层的 unix 标准函数封装，用户可以在此基础上自行搭建非阻塞 IO 模型来满足特定场景下的需求。

如果需要调用底层的 package unix，一定要将 fd 设置为非阻塞的方式。因为操作系统的是无法感知到 goroutine 的，如果使用阻塞操作，可能会导致 M 被操作系统调度，导致无法进行 G 调度，导致 goroutine 正常切换调度收到影响。fd 的非阻塞已经在 package unix 中封装完毕，为了与 unix 函数保持一致，unix 包中的函数都没有自动设置为非阻塞状态，需要用户手动设置。

// 非常经典的设置非阻塞，简直跟 C++ 一模一样
func SetNonblock(fd int, nonblocking bool) (err error) {
  flag, err := fcntl(fd, F_GETFL, 0)
  if err != nil {
    return err
  }
  if nonblocking {
    flag |= O_NONBLOCK
  } else {
    flag &= ^O_NONBLOCK
  }
  _, err = fcntl(fd, F_SETFL, flag)
  return err
}