linux下的五種IO模型

   首先咱們來看一下這五種I/O分別是什麼：阻塞I/O，非阻塞I/O，I/O複用，信號驅動I/O，異步I/O

   在來看下它們的執行過程（除異步I/O）：都是分爲兩步，首先是等待數據準備（除信號驅動IO外，其它幾種都是本身在等待），當數據準備好以後再有內核拷貝到咱們的用戶空間。

   1. 阻塞I/O模型  

應用程序調用一個IO函數，致使應用程序阻塞，等待數據準備好。

若是數據沒有準備好，一直等待。 

數據準備好了，從內核拷貝到用戶空間  

IO函數返回成功指示

   2. 非阻塞I/O模型  

咱們把一個套接口設置爲非阻塞就是告訴內核，當所請求的I/O操做沒法完成時，不要將進程睡眠（或掛起），而是返回一個錯誤。這樣咱們的I/O操做函數將不斷的測試數據是否已經準備好，若是沒有準備好，繼續測試，直到數據準備好爲止。在這個不斷測試的過程當中，會大量的佔用CPU的時間。其中紅色圈出來的過程就是不斷在測試數據是否準備好了，當咱們看到數據準備好，則從內核拷貝到用戶，而後返回成功。 

 

   3. I/O複用  

    I/O複用模型會用到select或者poll函數，這兩個函數也會使進程阻塞，可是和阻塞I/O所不一樣的的，這兩個函數能夠同時阻塞多個I/O操做。並且能夠同時對多個讀操做，多個寫操做的I/O函數進行檢測，直到有數據可讀或可寫時，才真正調用I/O操做函數。

   上層應用程序調用select（該機制由Linux內核支持，避免了Application3忙等待），進行輪詢文件描述符的狀態變化。當select管理的文件描述符沒有數據（或者狀態沒有變化時），上層應用程序也會阻塞；select機制能夠管理多個文件描述符；select能夠當作一個管理者，用select來管理多個IO。

一旦檢測到的一個I/O或者多個IO，有咱們監視的事件發生時，select函數將返回，返回值爲檢測到的事件個數，進而能夠利用select相關API函數，操做具體事件；select函數能夠設置等待時間，避免了上層應用程序長期僵死；和阻塞IO模型相比，selectI/O複用模型至關於提早阻塞了。等到有數據到來時，再調用recv就不會發生阻塞。

    4. 信號驅動I/O模型

    首先咱們容許套接口進行信號驅動I/O,並安裝一個信號處理函數，進程繼續運行並不阻塞。當數據準備好時，進程會收到一個SIGIO信號，能夠在信號處理函數中調用I/O操做函數處理數據。、

    這種用於模型用的比較少，屬於典型的「拉模式(上層應用被動的去Linux內核空間中拉數據)」。即：上層應用須要調用recv函數把數據拉進來,會有時間延遲,咱們沒法避免在延遲時,會又有新的信號的產生。

    5. 異步I/O模型  

    調用aio_read函數，告訴內核描述字，緩衝區指針，緩衝區大小，文件偏移以及通知的方式，而後當即返回。當內核將數據拷貝到緩衝區後，再通知應用程序。 

說明1：上層應用程序調用aio_read函數，同時提交一個應用層的緩衝區buf；調用完畢後，不會阻塞。上層應用程序能夠繼續其餘任務。

說明2：當TCP/IP協議緩衝區有數據時，Linux主動的把內核數據copy到用戶空間。而後再給上層應用發送信號；告訴上層應用數據到來,須要處理！

說明3：典型的「推模式」

說明4： 效率最高的一種模式，上層應用程序Application5有異步處理的能力（在Linux內核的支持下,處理其餘任務的同時，也可支持IO通信）。

下來咱們來了解一些關於阻塞與非阻塞的，及同步與異步的相關知識。

    1. 阻塞與非阻塞

    阻塞和非阻塞關注的是程序在等待調用結果（消息，返回值）時的狀態，阻塞調用是指調用結果返回以前，當前線程會被掛起。調用線程只有在獲得結果以後纔會返回。非阻塞調用指在不能馬上獲得結果以前，該調用不會阻塞當前線程。 

    2.同步與異步 

    同步和異步關注的是消息通訊機制 (synchronous communication/ asynchronous communication)所謂同步，就是在發出一個*調用*時，在沒有獲得結果以前，該*調用* 就不返回。可是一旦調用返回，就獲得返回值了。 換句話說，就是由*調用者*主動等待這個*調用*的結果。而異步則是相反，*調用*在發出以後，這個調用就直接返回了，因此沒有返回結果。 換句話說，當一個異步過程調用發出後，調用者不會馬上獲得結果。而是在*調用*發 出後，*被調用者*經過狀態、通知來通知調用者，或經過回調函數處理這個調用。

a. 同步I/O操做引發請求進程阻塞，直到I/O操做完成。 
   異步I/O操做不引發請求進程阻塞。 
b. 咱們的前四個模型都是同步I/O，只有最後一個異步I/O模型是異步I/O。