Linux五种I/O模型

1. 概念浅析

在进行网络编程时，常常会碰到阻塞、非阻塞、同步、异步四种调用方式：

• 同步：一个函数调用在得到结果之前就一定不返回，即事情必须要一件一件地做，做了上一件才能进行下一件。最普通的B-S模式即为同步的，提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回。等待的时间之内浏览器不能干任何事。

• 异步：当一个异步调用开始之后，调用者并不能马上得到调用的结果。而当这个调用处理结束之后，会有通知信息来通知调用者调用已经完成了。例如，ajax的请求过程，请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕。

• 阻塞：阻塞指的是在调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态，在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行），函数也只有在得到的结果之后才会返回。有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。 例如，我们在socket中调用recv函数，如果缓冲区中没有数据，这个函数就会一直等待，直到有数据才返回。而此时，当前线程还会继续处理各种各样的消息。

• 非阻塞： 非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

2. 阻塞模式和阻塞调用

对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性，但是并不是一一对应的。

阻塞对象可以有非阻塞的调用方式，我们可以通过一定的API去轮询状态，在适当的时候调用阻塞函数，就可以避免阻塞。

而对于非阻塞对象，调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。(???)

1. 同步，就是我调用一个函数，该函数没有结束前，我一直等结果。
2. 异步，就是我调用一个函数，不需要知道该函数的结果，该函数出现结果之后通知我（回调通知）
3. 阻塞，就是调用我（函数），我（函数）没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
4. 非阻塞，就是调用我（函数），我（函数）立即返回，通过select通知调用者

阻塞和非阻塞是指当进程访问的数据如果尚未就绪,进程是否需要等待,简单说这相当于函数内部的实现区别, 也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪;

而同步和异步是指访问数据的机制的区别：

• 同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式。当数据就绪后在读写的时候必须阻塞(区别就绪与读写二个阶段,同步的读写必须阻塞)；

• 异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。(等待”通知”)

3. Linux五种IO模型

• 阻塞I/O（blocking I/O）
• 非阻塞I/O （nonblocking I/O）
• I/O复用(select 和poll) （I/O multiplexing）
• 信号驱动I/O （signal driven I/O (SIGIO)）
• 异步I/O （asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)）

其中前四种模型都是同步模型，只有最后一种模型才是异步模型

a. 阻塞I/O：

简介：进程会一直阻塞，直到数据拷贝完成

应用程序调用一个IO函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。
如果数据没有准备好，则会一直等待； 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。

阻塞I/O模型图：在调用recv()/recvfrom()函数时，发生在内核中等待数据和复制数据的过程。

例如，当调用recvfrom函数的时候，系统会检查是否数据已经准备好，如果数据已经准备好，则会将数据从系统缓冲区复制到用户空间，然后函数返回。而如果内核发现没有数据报准备好，则内核此时会等待数据，recvfrom函数也会等待数据。

阻塞的I/O模式：

• 开发比较简单，如果希望立即做到收发数据并且数据量比较小的时候，可以使用。
• 阻塞模式套接字的不足表现为，在大量建立好的套接字线程之间进行通信时比较困难。
• 当使用“生产者-消费者”模型开发网络程序时，为每个套接字都分别分配一个读线程、一个处理数据线程和一个用于同步的事件，那么这样无疑加大系统的开销。

b. 非阻塞I/O：

简介：非阻塞IO通过进程反复调用IO函数（多次系统调用，并马上返回）；在数据拷贝的过程中，进程是阻塞的；

我们把一个socket设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是让函数立即返回，只不过这里返回的是一个错误代码。

这样我们的I/O操作函数将不断地测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。

在这个不断测试的过程中，会大量的占用CPU的时间。

但是，非阻塞套接字在控制建立的多个连接，在数据的收发量不均，时间不定时，明显具有优势。这种套接字在使用上存在一定难度，但只要排除了这些困难，它在功能上还是非常强大的。

I/O多路复用：

简介：

• 主要是select和epoll；
• 对一个I/O端口，两次调用，两次返回，比阻塞I/O并没有什么优越性；
• 关键是能实现同时对多个IO端口进行监听；

I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。

而且可以同时对多个读操作，多个写操作的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操作函数。

信号驱动IO

首先我们允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，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

http://blog.csdn.net/jay900323/article/details/18141217#t5