IO 模型（一）

Unix IO

一个输入操作共包含两个阶段：

• 等待数据准备好
• 从内核将数据复制到进程

对于一个套接字上的输入操作，通常第一步是等待数据从网络中到达，当数据到达时，先将数据复制到内核缓冲区中，第二步就是将数据从内核缓冲区中复制到应用进程的缓冲区中

Unix IO 有五个模型：

• 阻塞式 IO
• 非阻塞式 IO
• IO 多路复用（select 和 poll）
• 信号驱动 IO
• 异步 IO（AIO）

阻塞式 IO

阻塞式 IO 的阻塞说的是，在进行 IO 操作时，应用进程将会阻塞，直到数据被复制到进程缓冲区中才返回。

在阻塞式 IO 中，应用进程阻塞时并不意味着其他程序也被阻塞，其他的程序依旧可以运行，因此阻塞式 IO 在阻塞过程中不消耗 CPU 资源，这种模型的效率会比较高。

下面的代码中，recvfrom 用于接收 Socket 传来的数据，并复制到应用进程缓冲区。这里的 recvfrom 当做系统调用

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

非阻塞式 IO

非阻塞式 IO 的非阻塞是，在进行 IO 操作时，应用进程不会阻塞，会系统调用定时轮询检查数据是否准备好，若没准备好内核会返回一个错误码，这种方式 CPU 会处理更多的系统调用，因此效率会比较低

IO 多路复用

使用 select 或是 poll 等待数据，并且可以等待多个套接字中任何一个变为可读，这个过程会进行阻塞，当某个套接字可读时返回，在使用 recvfrom 进行复制

IO 多路复用可以让单个进程有处理多个 IO 事件的能力，例如，一个 Web 服务器没有多路复用，每一个 Socket 连接都要创建一个线程去处理，如果同时有几万个连接，那么就需要创建相同数量的线程。

信号驱动 IO

应用进程使用 sigaction 进行系统调用，内核立即返回，应用进程可以继续执行，也就是说，在内核等待数据到达阶段应用进程是非阻塞的，可以继续执行。内核在数据到达后，会向应用进程发送 信号 ，应用进程在收到信号后，会在信号处理程序中调用 recvfrom 进行系统调用将数据复制到应用进程。

异步 IO

应用程序进行 aio_read 系统调用，立即返回，应用进程继续执行不会阻塞，内核在完成所有操作之后，向进程发送信号，异步 IO 的信号通知应用进程 IO 完成，而信号驱动 IO 的信号是通知应用进程可以开始 IO

同步 IO 与 异步 IO

• 同步 IO：应用进程在调用 recvfrom 时会阻塞

• 异步 IO：不会阻塞

阻塞式 IO、非阻塞式IO、IO多路复用、信号驱动 IO 都是同步 IO，虽然非阻塞式 I/O 和信号驱动 I/O 在等待数据阶段不会阻塞，但是在之后的将数据从内核复制到应用进程这个操作会阻塞。