Linux下同步模式、異步模式、阻塞調用、非阻塞調用總結

同步和異步：與消息的通知機制有關。

	本質區別	現實例子
同步模式	由處理消息者本身去等待消息是否被觸發	我去銀行辦理業務,選擇排隊等，排到頭了就辦理。
異步模式	由觸發機制來通知處理消息者	我去銀行辦理業務,取一個小紙條上面有個人號碼,等到排到我這一號時由櫃檯的人通知我輪到我去辦理業務。

 

阻塞與非阻塞：與線程等待消息(無所謂同步或者異步)時的狀態有關。

	本質區別	現實例子
阻塞調用	線程掛起，不能作其餘事。	上面的那個例子,不管是排隊仍是使用號碼等待通知,若是在這個等待的過程當中,等待者除了等待消息以外不能作其它的事情,那麼該機制就是阻塞的。
非阻塞調用	線程活躍，能處理其餘事。	在銀行辦理這些業務的時候一邊打打電話發發短信一邊等待,這樣的狀態就是非阻塞的。

 

它們之間的組合應用舉例：

	阻塞調用	非阻塞調用
同步模式	read/write	read/write O_NONBLOCK
異步模式	IO複用：select/poll，epoll(LT模式)	AIO系列：aio_read，aio_write等；epoll(ET模式)

 

同步阻塞IO

最經常使用的一個模型是同步阻塞 I/O 模型。在這個模型中，用戶空間的應用程序執行一個系統調用，這會致使應用程序阻塞。這意味着應用程序會一直阻塞，直到系統調用完成爲止（數據傳輸完成或發生錯誤）。調用應用程序處於一種再也不消費 CPU 而只是簡單等待響應的狀態，所以從處理的角度來看，這是很是有效的。

圖 1 給出了傳統的阻塞 I/O 模型，這也是目前應用程序中最爲經常使用的一種模型。其行爲很是容易理解，其用法對於典型的應用程序來講都很是有效。在調用 read 系統調用時，應用程序會阻塞並對內核進行上下文切換。而後會觸發讀操做，當響應返回時（從咱們正在從中讀取的設備中返回），數據就被移動到用戶空間的緩衝區中。而後應用程序就會解除阻塞（read 調用返回）。

 

圖1. 同步阻塞 I/O 模型的典型流程

從應用程序的角度來講，read 調用會延續很長時間。實際上，在內核執行讀操做和其餘工做時，應用程序的確會被阻塞。

 

同步非阻塞I/O

同步阻塞 I/O 的一種效率稍低的變種是同步非阻塞 I/O。在這種模型中，設備是以非阻塞的形式打開的。這意味着 I/O 操做不會當即完成，read 操做可能會返回一個錯誤代碼，說明這個命令不能當即知足（EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），如圖 2 所示。

 

圖2. 同步非阻塞 I/O 模型的典型流程

非阻塞的實現是 I/O 命令可能並不會當即知足，須要應用程序調用許屢次來等待操做完成（輪詢）。這可能效率不高，由於在不少狀況下，當內核執行這個命令時，應用程序必需要進行忙碌等待，直到數據可用爲止，或者試圖執行其餘工做。正如圖 2 所示的同樣，這個方法能夠引入 I/O 操做的延時，由於數據在內核中變爲可用到用戶調用 read 返回數據之間存在必定的間隔，這會致使總體數據吞吐量的下降。

 

異步阻塞IO

另一個阻塞解決方案是帶有阻塞通知的非阻塞 I/O。在這種模型中，配置的是非阻塞 I/O，而後使用阻塞 select 系統調用來肯定一個 I/O 描述符什麼時候有操做。使 select 調用很是有趣的是它能夠用來爲多個描述符提供通知，而不只僅爲一個描述符提供通知。對於每一個提示符來講，咱們能夠請求這個描述符能夠寫數據、有讀數據可用以及是否發生錯誤的通知。

 

圖3 異步阻塞IO模型的典型流程（select）

select 調用的主要問題是它的效率不是很是高。儘管這是異步通知使用的一種方便模型，可是對於高性能的 I/O 操做來講不建議使用。

 

異步非阻塞IO

最後，異步非阻塞 I/O 模型是一種處理與 I/O 重疊進行的模型。讀請求會當即返回，說明 read 請求已經成功發起了。在後臺完成讀操做時，應用程序而後會執行其餘處理操做。當 read 的響應到達時，就會產生一個信號或執行一個基於線程的回調函數來完成此次 I/O 處理過程。

 

圖4 異步非阻塞IO模型的典型流程

在一個進程中爲了執行多個 I/O 請求而對計算操做和 I/O 處理進行重疊處理的能力利用了處理速度與I/O 速度之間的差別。當一個或多個 I/O 請求掛起時，CPU 能夠執行其餘任務；或者更爲常見的是，在發起其餘 I/O 的同時對已經完成的 I/O 進行操做。

異步IO的動機  

從前面 I/O 模型的分類中，咱們能夠看出 AIO 的動機。這種阻塞模型須要在 I/O  操做開始時阻塞應用程序。這意味着不可能同時重疊進行處理和 I/O 操做。同步非阻塞模型容許處理和 I/O  操做重疊進行，可是這須要應用程序根據重現的規則來檢查 I/O 操做的狀態。這樣就剩下異步非阻塞 I/O 了，它容許處理和 I/O  操做重疊進行，包括 I/O 操做完成的通知。

除了須要阻塞以外，select 函數所提供的功能（異步阻塞 I/O）與 AIO 相似。不過，它是對通知事件進行阻塞，而不是對 I/O 調用進行阻塞。
技術參考：http://edu.51cto.com/course/courseList/id-48.html