【IO模型探讨】阻塞，非阻塞，同步，异步

以前看这部分内容的时候没仔细理清楚，只知其一，不知其二。最近在学习高性能服务器编程时，又碰到同步和异步的问题，所以看了一些资料学习了一下，做一个总结。

IO模型一共有五种：

阻塞IO

非阻塞IO

IO复用

信号驱动IO

异步IO

为了理清楚这五种IO模型的工作原理，用一个read函数来做假设，一次read函数调用会经历两个阶段：

1、等待内核缓冲区有数据可读；

2、将数据从内核缓冲区读到到用户缓冲区。

阻塞IO

当用read函数来读取某个文件描述符时，先进入第一阶段，判断内核缓冲区有无数据可读，若有数据可读，则直接进行第二阶段，将数据从内核缓冲区读到用户缓冲区中。若此时没有数据，则read函数会被挂起，该进程被阻塞住，不再往下执行。一旦内核缓冲区有可以读取的数据了，read函数将会被唤醒，接着执行第二阶段，将数据从内核缓冲区读到用户缓冲区中，此时进程不在阻塞，继续往下执行。

非阻塞IO

非阻塞IO是通过fcntl函数将文件描述符设置为O_NONBLOCK来实现的。当read函数执行时，若此时内核缓冲区没有数据，则read函数立即返回-1，并设置errno为EWOULDBLOCK，意思是期望阻塞，然后会再次执行read操作，所以read并没有被挂起。直到内核缓冲区中有数据可读时，将数据拷贝到用户缓冲区，然后返回。

IO复用

通常是指我们所用的select，poll，epoll函数。这三个函数本身是阻塞的，它们可以同时监听多个文件描述符的事件，如果监听的某个文件描述符有可读事件发生，则保证能立即read到数据，并返回，所以此时read是阻塞还是非阻塞无关紧要，因为肯定会读到数据。

当调用select时，会向内核注册一组事件，然后进程会被阻塞住，内核监听这组事件，如果有某个可读事件发生时，select立即返回，进程调用read保证能读到数据（包括0字节数据，此时对方关闭了链接），然后将数据从内核缓冲区读到用户缓冲区。

信号驱动IO (用的不多，只进行简单探讨)

SIGIO信号也可以用来报告IO事件。我们可以为一个文件描述符指定宿主进程，当这个文件描述符有可读事件发生时，宿主进程将会捕捉到SIGIO信号，信号处理函数就会被执行，然后可以在这个信号处理函数中进行read操作，并且保证能读到数据（包括0字节数据）。

异步IO

当read函数执行后，什么也不管，也不会读取数据，立即返回，即使这个文件描述符是阻塞的也立即返回，然后程序接着做其它事情。将IO操作完全交给内核来处理，当内核缓冲区有数据可读时，内核负责把这些数据拷贝到用户缓冲区，然后给进程发送一个信号，告诉进程read操作完成了，异步IO就是如此简单。

同步IO和异步IO

阻塞，非阻塞，IO复用，信号驱动IO都是同步IO模型。为什么是同步的，因为程序总是会在某一个时间知道内核有数据可以读取了，然后进程自己将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区中。

那什么是异步IO呢，毫无疑问就是，进程自己并不知道何时内核有数据可以读取了，因为它完全交由内核来处理了，内核负责将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，然后发信号通知进程。