网络IO模型的分类

 

这是之前在俱乐部邮件列表中讨论的一个问题。问题起于IBM DW上的一篇文章，也就是参考资料1。文章中对于IO模型的分类，采用同步、异步与阻塞、非阻塞交叉配对，形成了4中IO模型。让人总是感觉难以理解。

关于I/O Models，建议阅读《Unix Network Programming》Section 6.2
stevens将IO模式分为5种：
     blocking I/O
     nonblocking I/O
     I/O multiplexing (select and poll)
     signal driven I/O (SIGIO)
     asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)

关于同步与异步，POSIX标准的定义：
     A synchronous I/O operation causes the requesting process to be
blocked until that I/O operation completes.
     An asynchronous I/O operation does not cause the requesting
process to be blocked.
按照上面的定义划分：前四种都属于同步，

只有异步IO模式属于异步。

由于的当前操作系统的协议栈设计的HS/HA模型，决定了数据到达本地后，首先是放在kernel层中的一个缓冲区中，用户空间调用recv等API，将数据copy到用户空间。IO就包括两个阶段：等待数据有效，copy数据。UNP中有一个图描述了这5种modle的区别。

为了确认，我查了一下aio_read的用法，

在glibc中找到一个测试例程，当程序发起aio_read()后，实际上系统调用马上返回了，但是数据却要异步随后到达，如果代码要处理read的数据，就必须有一个wait的过程，一般是循环调用aio_suspend()，判断是否有一个error为INPROGRESS，说明至少还有一个aio_read未完成，继续等待。当然，如果是aio_write()，而且只是写入文件的话，可以不用关心aio_write()何时结束。

因此，从上面分析看来，组合虽然有四种，但是实际上只有3种存在：同步阻塞、同步非阻塞、异步非阻塞。
阻塞的一定是同步；同步的不一定是阻塞，非阻塞的可以通过select等实现同步；异步肯定是非阻塞的，IO操作请求立刻返回了，具体操作在后台进行，数据异步到达。

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同步方式容易理解，编程简单，但是效率比较低；异步方式不容易理解，而且编程也比较复杂。为了综合同步和异步的优点，有人提出了半同步半异步的模型。上层提供同步接口；下层使用异步实现。
参考资料4中讲述半同步半异步模型，其例子是协议栈的实现，讲到数据包的到达是异步的，达到后触发中断，进行中断响应，借用其他执行体的堆栈结构。给上层应用提供同步接口。上层应用是一个执行体顺序的执行，有自己独立的堆栈结构。
在HS-HA.pdf中，举的例子是协议栈的实现，讲到数据包的到达是异步的，

达到后触发中断，进行中断响应，借用其他执行体的堆栈结构。同步是一个执行体顺序的执行，有自己独立的堆栈结构。像select和epoll等实现，他们这些是在IO就绪的时候，操作系统唤醒睡眠线程，还是在之前的上下文中处理。

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参考：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/
http://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_I/O
http://www.sogou.com/labs/report/1-1.pdf
http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/PDF/HS-HA.pdf
http://beej.us/guide/bgnet/output/html/singlepage/bgnet.html#select