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       很多朋友在遇到I/O类话题的时候，总是感觉比较吃力，对里面的很多概念似懂非懂，今天大体说一下我对I/O模型的理解。

      一、相关概念

        同步和异步

        同步和异步用来描述用户线程和内核的交互方式，其中：

        同步是指用户线程发起I/O请求后需要等待或者轮询内核I/O操作完成后才能继续执行；

        异步是指用户线程发起I/O请求后仍继续执行，当内核I/O操作完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。

        阻塞和非阻塞

        阻塞和非阻塞用来描述用户线程调用内核的操作方式，其中：

        阻塞是指I/O操作需要彻底完成后才返回到用户空间；

        非阻塞操作是指I/O操作被调用后立即返回给用户一个状态值，无需等到I/O操作彻底完成。

      二、Unix的IO五种模型

        Unix下有五种可用的I/O模型：

        阻塞I/O、非阻塞I/O、多路复用I/O、信号驱动I/O、异步I/O

        1  阻塞I/O

        最传统的一种I/O模型，在数据读写过程中会发生阻塞现象， Linux下默认I/O模型，即所有的socket都是Blocking。

        典型的操作流程分为两个阶段：

        阶段一：等待数据就绪。数据从网络中陆续到达，当所有数据到达时，它被复制到内核缓冲区中；

        阶段二：数据从内核拷贝到进程。内核负责把缓冲区的数据复制到用户的程序所在进程。

Block I/O

        2  非阻塞I/O

        Linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking的socket进行操作时，流程如下：

Non-Blocking I/O

        一般很少使用这种模型，而是在其他I/O模型中使用非阻塞I/O这一特性。

        3  多路复用I/O

        多路复用I/O会用到 select / epoll 函数，这两个函数也会使进程阻塞，流程如下：

多路复用 I/O

        从流程上来看，多路复用I/O和阻塞I/O本质上区别不大，而且还要额外监视socket，以及调用select函数的额外操作，效率应该更低一些。但是使用了select的最大优势是用户可以在一个线程内同时处理多个socket的I/O请求，用户可以注册多个socket，然后不断地调用select读取被激活的socket，即可达到在同一线程内同时处理多个I/O请求的目的，相当于多线程下的阻塞I/O模型。

        多路复用I/O模型使用了 Reactor 设计模式实现了这一机制。

        调用 select / epoll 该方法由一个用户态线程负责轮询多个socket，直接第一阶段的数据准备就绪，再通知实际的用户线程执行第二阶段的拷贝。通过一个专职的用户态线程执行非阻塞I/O轮询，模拟实现了第一阶段的异步化操作。

        4  信号驱动I/O

        在信号驱动I/O模型中，当用户线程发起一个I/O请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接受到信号之后，便在信号函数中调用I/O读写操作来进行实际的I/O请求操作。流程如下：

信号驱动 I/O

        5  异步I/O

        调用aio_read函数通知内核启动某个操作，然后立即返回。当内核在整个操作完成后通知用户线程。流程如下：

异步 I/O

        异步I/O模型使用了Proactor设计模式实现了这一机制。

        告知内核，当整个过程（阶段一、阶段二）全部完成时，通知应用程序来读数据。

      三、总结、比较五种I/O模型

        前四种模型都属于同步I/O模型，他们的区别在于第一阶段的操作方式。同步I/O方式引起请求进程阻塞，直到I/O操作完成。异步I/O操作不引起请求进程阻塞。

五种 I/O 模型比较