UNIX下的5种IO模型

套接字的IO操作，如recvfrom，分为两个阶段：

（1）等待内核中的接收缓冲区中有数据可读。

（2）将接收缓冲区中的数据复制进应用缓冲区。

1，阻塞式IO

文件描述符open时，如果没有指定flags为O_NONBLOCK，或者open后，没有使用fcntl设置O_NONBLOCK，默认文件描述符为阻塞模式。

阻塞式IO在等待接收缓冲区数据到来时，会阻塞；

数据到来，进行数据复制时，也会阻塞。

阻塞式IO

2，非阻塞式IO

如上所述，可以通过open或者fcntl设置文件描述符为非阻塞模式。

非阻塞式IO，当内核缓冲区没有数据时，不会阻塞，会立即返回一个错误——EAGAIN或者EWOULDBLOCK。EAGAIN表示需要再次调用recvfrom，以判断数据是否准备好，这也是非阻塞式IO的用法，不断的调用recvfrom，以判断是否可以读。EWOULDBLOCK是虚拟语气，表示“本应该阻塞”，其实没有阻塞。由于并不确定返回EAGAIN还是EWOULDBLOCK，因此需要对这两个值都进行判断。

从接收缓冲区向应用缓冲区复制数据阶段，调用进程阻塞。

非阻塞式IO

3，IO复用

在阻塞式IO中，如果接收缓冲区没有数据，调用进程阻塞于recvfrom操作。使用select或者poll，可以在此情况下使进程阻塞于select或者poll操作（因此要把文件描述符设置为非阻塞式），而且可以同时检测多个文件描述符是否可读，即检测这些描述符对应的内核中的接收缓冲区是否有数据。

从接收缓冲区向应用缓冲区复制数据阶段，调用进程阻塞。

IO复用

4，信号驱动式IO

信号驱动式IO与上述三个IO模型相比，即不像阻塞式IO那样阻塞于recvfrom操作，也不像非阻塞式IO那样需要多次调用甚至轮询recvfrom才能得知是否有数据，也不像IO复用那样阻塞于select或者poll，而是当内核接收缓冲区有数据时向调用进程发送一个信号。

从接收缓冲区向应用缓冲区复制数据阶段，调用进程阻塞。

信号驱动式IO

5，异步IO

上述4种IO模型，其不同点在于当接收缓冲区没有数据时，如何判断数据已经到来：阻塞式IO中recvfrom会阻塞直到接收缓冲区有数据；非阻塞式IO通过轮询recvfrom以判断接收缓冲区是否有数据；IO复用中使用select或者poll以判断接收缓冲区是否有数据；信号驱动IO通过信号通知接收缓冲区是否有数据。

其相同点在于，IO操作的第二个阶段，即从内核接收缓冲区向应用缓冲区复制数据时，调用recvfrom的进程会阻塞。

可见，上述4种IO模型都会使进程阻塞，直到IO操作的两个阶段都完成才能执行其他操作，因此称为同步IO。

异步IO模型中，IO操作的两个阶段都不阻塞，因此称为异步IO。

异步IO

六、几种I/O模型的比较

前四种模型的区别是第一阶段，第二阶段基本相同，都是将数据从内核拷贝到调用者的缓冲区。而异步I/O的两个阶段都不同于前四个模型。

几种I/O模型的比较

同步I/O和异步I/O

a.同步I/O操作引起请求进程阻塞，直到I/O操作完成。异步I/O操作不引起请求进程阻塞。

b.我们的前四个模型都是同步I/O，只有最后一个异步I/O模型是异步I/O。

• 举例

有一个钓鱼的例子经常被拿来比喻这5种IO模型，这里也不免俗套的讲一下：

阻塞式IO：老蒋钓鱼时把鱼竿伸进水中，需要一直守着鱼竿（第一阶段的阻塞），直到有鱼上钩了才拉杆（拉杆是第二阶段的阻塞）；

非阻塞IO：老宋鱼竿有个功能，可以显示是否有鱼上钩（返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK），因此他可以边和旁边的MM聊天，边看看是否有鱼上钩（轮询调用recvfrom）；

IO复用：老孔的鱼竿和老蒋的一样，但他想了一个好办法，同时放了多个鱼竿，然后一直守着，一旦某个鱼竿上有鱼，马上将其拉起；

信号驱动IO：老陈很有钱，但又喜欢拉杆的快感，于是他雇了个人帮他守着，一旦那人发现有鱼上钩，马上通知老陈收杆；

异步IO：老刘也有钱，但很懒，直接雇了个人帮他钓鱼，一旦钓上了鱼就通知老刘。

目前很多成熟的高并发框架使用的基本都是IO多路复用并不是异步IO。因为异步IO编写复杂但性能上提升并不高。

IO多路复用三种技术迭代

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