I/O 其实就是 input 和 output（输入输出）

在计算机操作系统中对应数据流的输入与输出，在 Linux 中，既有文件的 I/O，也有网络 I/O

无论是文件 I/O 还是网络 I/O，其传输过程都是类似的

今天我们以文件 I/O 为例，来深入浅出一下 Linux 的 I/O 模型

我们的程序想要打开一个文件，去查看里面的内容，那么就需要将文件内容加载到内存里面，这个过程是一个比较复杂的过程

首先需要通过内核将数据从硬盘中读取出来，然后放到操作系统的内核缓冲区中，然后再将数据拷贝到程序缓冲区，这时候程序才能获取到相应的数据，打开相应的文件

简单来说，无论什么 I/O 模型，其读取过程都会经历下面两个阶段：

• 将数据放到内核缓冲区（等待数据过程）
• 将内核缓冲区的数据拷贝（copy）到程序缓冲区（拷贝数据过程）

上面两个阶段完成之后，进程才能够对数据进行操作（读 or 写）

为了让大家能够更好的理解 Linux I/O 模型，咸鱼用囤了一个星期的臭衣服来作为例子（主要是懒）

一个轻松惬意的周六下午，咸鱼看着满满一篮子的臭衣服，痛定思痛，决定今天一定要把这堆衣服洗了

但是咸鱼家的洗衣机比较老旧，别人家的洗衣机都是洗涤甩干一条龙的，咸鱼家的洗衣机只能先洗涤，等洗涤完毕后咸鱼再去按甩干按钮进行衣服甩干（太惨了）

那么就将洗衣服可以分为两个阶段：

• 按下洗涤按钮，洗衣机对衣服进行洗涤
• 按下甩干按钮，洗衣机对衣服进行甩干

以上两个阶段均完成了之后，咸鱼才能把衣服拿去晾晒

阻塞 I/O

咸鱼在按下了洗衣机的洗涤按钮之后，就拿个小板凳在旁边干等着，在洗涤完衣服之前咸鱼啥事都不能干，只能乖乖地等洗衣机洗涤衣服

当洗衣机洗完衣服之后，咸鱼就按下甩干按钮，然后依旧坐在小板凳上干等着，直到洗衣机甩干好衣服为止

以上这两个阶段（洗涤和甩干阶段），咸鱼都处在一个阻塞的状态，他啥也干不了，只能乖乖地等洗衣机工作完

总结：

在阻塞 I/O 模型里面，将数据放到内核缓冲区（等待数据过程）以及将内核缓冲区的数据拷贝（copy）到程序缓冲区（拷贝数据过程），进程都是阻塞的

非阻塞 I/O

跟第一次不一样的是，咸鱼按下了洗衣机的洗涤按钮之后，他会不断地去打开洗衣机盖子，去看衣服洗好了没有

等洗衣机洗好了衣服之后，咸鱼按下洗衣机的甩干按钮，然后坐在小板凳上干等着，直到洗衣机甩干好衣服为止

以上这两个阶段（洗涤和甩干阶段），咸鱼都处在一个阻塞的状态，他啥也干不了，但是在第一阶段（洗涤阶段），咸鱼并没有干等着，而是不断地去查看洗衣机的状态——是否洗好衣服了

总结：

在非阻塞 I/O 模型里面，将数据放到内核缓冲区（等待数据过程）以及将内核缓冲区的数据拷贝（copy）到程序缓冲区（拷贝数据过程），都是阻塞的。

但比阻塞 I/O 有进步了一点，进程并不是站在那里干等，而是时不时跑去问一下内核。即使是无用功，效率多少还是提高了一点的

I/O复用

这一天，邻居家里有事外出了，但邻居也在洗衣服，于是邻居就拜托咸鱼帮忙看一下洗衣机

邻居家的洗衣机跟咸鱼家的洗衣机一样老旧，同样需要先洗涤后甩干

这个时候咸鱼就需要去不断地来回跑，先去看看自己家的洗衣机洗好衣服了没，然后再去看看邻居家洗衣机洗好衣服了没，接着再去看看自己家洗衣机洗好衣服了没

循环往复，直到看到某一台洗衣机完成洗涤

当咸鱼看到某一台洗衣机完成洗涤之后，就需要按下甩干按钮然后乖乖等衣服甩干

在洗涤阶段里面，咸鱼会不断地对洗衣机进行轮询查看，但依旧是阻塞的，因为咸鱼干不了其他事

在甩干阶段里，也是堵塞的，咸鱼只能乖乖地等洗衣机将衣服甩干

总结：

I/O复用模型的第二阶段与阻塞 I/O、非阻塞 I/O 的第二阶段是一致的（进程是堵塞的只能乖乖地将数据从内核缓冲区 copy 到程序缓冲区）

但是在第一阶段中，进程能够同时轮询多个数据流，监听多个数据流，其效率有巨大的提升

信号驱动 I/O

咸鱼发现，在小板凳上干等着多浪费时间啊，俗话说浪费时间无异于自杀，咸鱼决定在洗衣机洗涤阶段去干其他家务活，当洗衣机洗涤完毕后，会发出滴滴的声音，咸鱼听到这个声音之后就回来对衣服甩干

于是在洗涤阶段，咸鱼再也不用坐在小板凳上干等着，而是去拖地、烧水（干其他事）

当洗衣机洗涤完毕后，发出滴滴声音（信号），咸鱼听到这个声音之后就回来然后对衣服进行甩干

但是在甩干阶段咸鱼还是需要坐在小板凳上乖乖地等着

总结：

虽然说信号驱动 I/O 模型的第二阶段跟前面三个 I/O 模型一样，即进程是阻塞的。但在第一阶段做到了真正的异步

信号驱动 IO 在第一阶段，进程去请求内核读取数据，这时候其不会阻塞，也不会去轮询，而是设置一个信号回调。 当数据完全拷贝到系统内核时，系统发出 SIGIO 信号，通知进程去进行第二阶段，将数据拷贝到程序缓冲区

异步 I/O

聪明的咸鱼再次发现，既然我在洗涤阶段可以去干其他事，当我听到洗衣机洗涤完毕发出的滴滴声时我再回来进行甩干

那我为什么不能在甩干阶段也去干其他事情呢，当衣服甩干之后，洗衣机发出嘟嘟声，我听到嘟嘟声就知道甩干完毕了

于是在洗涤阶段和甩干阶段，咸鱼都不需要坐在小板凳上干等着，而是去干别的事情，当洗涤完毕或者甩干完毕的时候，洗衣机会发出滴滴或嘟嘟的声音

咸鱼听到声音就知道洗衣机洗涤或甩干完毕了，这时候他再过来处理衣服就行了

总结：

与信号驱动 I/O 类似，异步 I/O 模型在第一阶段通过信号回调的方式实现了进程的非阻塞

而在第二阶段，进程将数据从内核缓冲区 copy 到程序缓冲区的时候并非阻塞，而是同样设置一个信号回调，当 copy 完成后，进程收到通知，再去执行相应的操作

异步 IO 不仅仅是在第一阶段实现了信号回调，其也在第二阶段实现了信号回调，从而完全实现了异步 IO 操作