Linux裏五種I/O模型

阻塞I/O

如上圖，咱們寫的應用程序使用數據流（UDP）Socket接收數據，調用recvfrom()系統函數接收網卡上的數據。在阻塞I/O下，調用recvfrom()將形成進程阻塞，直到數據接收完畢。

內存空間有系統空間和用戶空間，而且都有相應的緩衝區：

• 第一階段（wait for data等待數據準備）：進程阻塞，內核接管，複製數據到系統空間裏的數據緩衝區（固然是可以從網卡上接收到數據）。接收完畢後，則數據準備完畢（datagram ready）。
• 第二階段（copy data from kernel to user從內核拷貝數據到用戶緩衝區）：這時候進程仍然阻塞，內核將系統空間內緩衝區ready的數據複製到用戶空間裏的用戶本身定義的緩衝區。拷貝完畢則喚醒進程。 整個階段，進程都是阻塞的，直到數據讀取到用戶緩衝區內。

非阻塞I/O

如上圖，一樣應用程序調用數據流（UDP）Socket接收數據，調用recvfrom()系統函數，而且設置了Socket爲non-blocking非阻塞。

這時咱們調用系統函數recvfrom()則不阻塞進程，若是數據沒有在系統空間的緩衝區內準備好，則當即返回一個error，直接獲得一個結果，這時候進程能夠作點其餘任務而不用阻塞在這裏。可是若是數據在系統空間內的緩衝區準備好了，則將開始從系統空間拷貝數據到用戶空間。

I/O 多路複用（IO multiplexing）

I/O多路複用大體狀況如上圖。I/O多路複用也就是咱們常說的select、poll以及epoll，它可以使一個進程可以同時處理更多的鏈接。

這裏就以select爲例：select()也是一個系統調用，若是一個進程調用了select()那麼這個進程也會被阻塞。

• 第一階段：應用程序進程調用select()，這時該進程阻塞，不過內核會監視應用程序向select註冊的全部Socket。若是註冊的Socket中有數據以及在系統空間緩衝區裏準備好了的，則該進程被喚醒。
• 第二階段：從select()的阻塞中返回，應用程序進程只能知道向select註冊的Socket裏有數據準備好的Socket，可是並不知道具體是哪一個Socket數據準備好了。因此，應用程序須要本身遍歷Socket，找出數據準備好的Socket，而後調用recvfrom()函數將系統空間緩衝區內數據複製到用戶空間緩衝區內。

信號驅動 I/O（signal driven IO）

Linux內核定義了不少信號，如SIGUSR1和SIGUSR2都是能夠用戶自定義發送/處理的信號。

應用程序首先須要安裝信號處理器（即提供一個回調函數給內核），當相應事件發生的時候，操做系統會激活該信號，處理權交給進程，由進程調用處理該信號的回調函數。

在信號驅動I/O中，應用程序先安裝信號處理器，返回結果，進程能夠繼續執行。當數據在系統空間內準備好了後，內核會激活信號，進程則會調用相應的回調函數（這裏數據準備好了則直接調用recvfrom()函數），而後數據則直接拷貝到用戶空間緩衝區內。

異步 I/O（asynchronous IO）

異步I/O則是調用aio_read()系統函數，傳入了用戶空間緩衝區的地址指針。調用後進程不會被阻塞，則能夠作其餘事情，內核會在將數據複製到系統空間緩衝區，而後再將數據複製到用戶提供的用戶緩衝區地址中。都作完了後，則內核發送一個signal通知應用程序read完成了。這時應用程序以前提供的回調函數，由該進程來執行。