同步IO，异步IO，阻塞IO，非阻塞IO

      一直以来对同步，异步，阻塞，非阻塞半懂不懂，下午搜了下网上别人的博客，稍微总结下，让自己也加深下理解。

      首先，一般讲到同步，异步，阻塞，非阻塞都是涉及到IO，由于不同人在不同环境下对同步，异步IO理解不同，本文限定本文所讲述的IO均是Linux环境下的网络IO。

基本概念：

      在讲述之前，先介绍几个概念。

      --用户空间和内核空间

      --进程切换

      --进程阻塞

      --缓存IO

   用户空间和内核空间

      现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对32位操作系统而言，它的寻址空间（虚拟存储空间）为4G（2的32次方）。操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核（kernel），保证内核的安全，操心系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对linux操作系统而言，将最高的1G字节（从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节（从虚拟地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为用户空间。

   进程切换

      通常系统同时运行多个进程，为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起某个正在运行的进程，也可以唤醒某个以前挂起的进程，这称为进程切换。

   进程阻塞

      正在运行的进程，由于在等待某件事情发生，在新的事情发生之前没有别的事情可以做，比如等待某数据到来，数据到来之前没什么事情做。此时，它高风亮节，自己自动让出CPU，从运行状态编程阻塞状态，可见，进程阻塞是自己自身的一种主动行为。也只有处于运行态的进程（获得CPU），才能处于阻塞状态。再次强调，处于阻塞态的进程，是不占用CPU资源的。这很重要也很有优势。所以目前网络编程各种套接字都是阻塞IO。

    缓存IO

      系统中，数据从进程写入磁盘，或者从磁盘读取数据，都不是直接与磁盘进行交互（那样速度太慢了），一般都有一个内核缓存区，用于缓存内容。一般地write将数据写入内核缓存区，就算写入完成。后续在自动flush进磁盘或者别的进程。

五种IO

      进行一次IO访问（以read）为例，数据先被读到内核缓存区（例如这数据有可能来自网络，内核从网络层套接字一点点获取，或者有可能来自磁盘，内核从磁盘读取），然后从内核缓存区读取到用户进程中。因此，当调用read操作，执行两种操作如下：

      1.等待内核中数据准备好

      2,数据从内核缓存区中读到进程中来。

     

      下面介绍5中IO，其主要来源于UNIX网络编程卷一第六章第二节。

    阻塞IO                                                 //进程处于阻塞模式，让出CPU，自己进入休眠状态

       Linux默认情况下所有的socket都是阻塞IO。

      

      从上图可以看出，在进程调用recvfrom()函数时，首先看看内核中数据有没有准备好。如果没有，那么进程就阻塞在这。也就是说对于该进程来说，程序不再往下执行了，此时进程它会自动让出CPU，让CPU执行其它的内容。等到内核中的数据准备好了时，内核唤醒进程，再次占用CPU资源，进程收到内核缓冲区中的数据返回。

   非阻塞IO                                                //使用并不普遍，占用大量的CPU资源

      

     非阻塞的方式下，进程并不让出CPU资源，进程它会一遍遍地问内核，你有没有准备好数据（这非常浪费CPU资源）。如果内核数据并没准备好，它都会立刻返回一个EWOULDBLOCK（对于阻塞模式下，该函数并不会返回），这算一个error信号。从用户的角度来看，他会立马得到一个结果，它就知道内核数据还没有准备好。你可以再次调用该函数（如放在一个循环中），一直调用，直到有数据返回。还有阻塞和非阻塞IO都属于同步IO，因为在内核准备好数据后，recvfrom从内核中将数据拷贝出来这部分过程仍然是block的，所以仍然是同步IO。

   IO多路复用                                                       //针对批量IP用户操作，效果很好

     就是我们平时常见的 select，poll和epoll之类的, 

     

        这张图很类似于阻塞IO那张图，不同的是等待内核有数据的过程由select来做。考虑对于一个进程来说 ，它可能要监控好多个文件描述符的状态，此刻它的作用明显，它可以同时监控多个文件描述符，哪一个好了选择哪一个recvfrom().

     信号驱动IO模型                                                

        

       很少用，不讲了。

    异步IO模型

        

       当我们处于异步IO模式下，当用户想要进行IO操作，只需告诉内核要进行IO操作，然后内核立刻返回。具体的IO操作和数据拷贝由内核完成。程序继续往下执行。当内核完成数据拷贝，内核通知进程。

       

    同步IO 异步IO

       同步IO：导致请求进程阻塞，直到IO操作完成。上面提到的前四种都属于同步IO。它们分别是阻塞IO，非阻塞IO，IO多路复用和信号驱动式IO模型。

       异步IO：不导致请求进程阻塞。 

      最后给个5中IO模型的比较。

    

      本文参考博客https://segmentfault.com/a/1190000003063859和http://blog.163.com/xychenbaihu@yeah/blog/static/13222965520112163171778/，感谢原作者。

     另参考UNIX网络编程卷一第六章第二节。