linux下的五种IO模型

   首先咱们来看一下这五种I/O分别是什么：阻塞I/O，非阻塞I/O，I/O复用，信号驱动I/O，异步I/O

   在来看下它们的执行过程（除异步I/O）：都是分为两步，首先是等待数据准备（除信号驱动IO外，其它几种都是本身在等待），当数据准备好以后再有内核拷贝到咱们的用户空间。

   1. 阻塞I/O模型  

应用程序调用一个IO函数，致使应用程序阻塞，等待数据准备好。

若是数据没有准备好，一直等待。 

数据准备好了，从内核拷贝到用户空间  

IO函数返回成功指示

   2. 非阻塞I/O模型  

咱们把一个套接口设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的I/O操做没法完成时，不要将进程睡眠（或挂起），而是返回一个错误。这样咱们的I/O操做函数将不断的测试数据是否已经准备好，若是没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程当中，会大量的占用CPU的时间。其中红色圈出来的过程就是不断在测试数据是否准备好了，当咱们看到数据准备好，则从内核拷贝到用户，而后返回成功。 

 

   3. I/O复用  

    I/O复用模型会用到select或者poll函数，这两个函数也会使进程阻塞，可是和阻塞I/O所不一样的的，这两个函数能够同时阻塞多个I/O操做。并且能够同时对多个读操做，多个写操做的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操做函数。

   上层应用程序调用select（该机制由Linux内核支持，避免了Application3忙等待），进行轮询文件描述符的状态变化。当select管理的文件描述符没有数据（或者状态没有变化时），上层应用程序也会阻塞；select机制能够管理多个文件描述符；select能够当作一个管理者，用select来管理多个IO。

一旦检测到的一个I/O或者多个IO，有咱们监视的事件发生时，select函数将返回，返回值为检测到的事件个数，进而能够利用select相关API函数，操做具体事件；select函数能够设置等待时间，避免了上层应用程序长期僵死；和阻塞IO模型相比，selectI/O复用模型至关于提早阻塞了。等到有数据到来时，再调用recv就不会发生阻塞。

    4. 信号驱动I/O模型

    首先咱们容许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，能够在信号处理函数中调用I/O操做函数处理数据。、

    这种用于模型用的比较少，属于典型的“拉模式(上层应用被动的去Linux内核空间中拉数据)”。即：上层应用须要调用recv函数把数据拉进来,会有时间延迟,咱们没法避免在延迟时,会又有新的信号的产生。

    5. 异步I/O模型  

    调用aio_read函数，告诉内核描述字，缓冲区指针，缓冲区大小，文件偏移以及通知的方式，而后当即返回。当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。 

说明1：上层应用程序调用aio_read函数，同时提交一个应用层的缓冲区buf；调用完毕后，不会阻塞。上层应用程序能够继续其余任务。

说明2：当TCP/IP协议缓冲区有数据时，Linux主动的把内核数据copy到用户空间。而后再给上层应用发送信号；告诉上层应用数据到来,须要处理！

说明3：典型的“推模式”

说明4： 效率最高的一种模式，上层应用程序Application5有异步处理的能力（在Linux内核的支持下,处理其余任务的同时，也可支持IO通信）。

下来咱们来了解一些关于阻塞与非阻塞的，及同步与异步的相关知识。

    1. 阻塞与非阻塞

    阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态，阻塞调用是指调用结果返回以前，当前线程会被挂起。调用线程只有在获得结果以后才会返回。非阻塞调用指在不能马上获得结果以前，该调用不会阻塞当前线程。 

    2.同步与异步 

    同步和异步关注的是消息通讯机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)所谓同步，就是在发出一个*调用*时，在没有获得结果以前，该*调用* 就不返回。可是一旦调用返回，就获得返回值了。 换句话说，就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。而异步则是相反，*调用*在发出以后，这个调用就直接返回了，因此没有返回结果。 换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会马上获得结果。而是在*调用*发 出后，*被调用者*经过状态、通知来通知调用者，或经过回调函数处理这个调用。

a. 同步I/O操做引发请求进程阻塞，直到I/O操做完成。 
   异步I/O操做不引发请求进程阻塞。 
b. 咱们的前四个模型都是同步I/O，只有最后一个异步I/O模型是异步I/O。