I/O模型学习小记

基础概念

1. 通过I/O模型学习同步/异步、阻塞/非阻塞基础概念，参考资料如下：
   《Unix网络编程》
   《网络编程释疑之：同步，异步，阻塞，非阻塞》
   《Java NIO：浅析I/O模型》
   《高性能IO模型浅析》

2. 基础概念学习小结

• 系统I/O操作涉及用户进程和内核进程两个通信主体，有四种常用I/O模型：阻塞I/O，非阻塞I/O，I/O复用，异步I/O
• 从用户进程主体角度来看，同步I/O请求操作分为两个阶段
  • A：等待内核准备数据，即数据完全到达内核空间
  • B：等待内核将数据从内核空间拷贝至用户空间
• 阻塞和非阻塞I/O的区别发生在A阶段，如用户进程始终等待A阶段完成，则为阻塞I/O，否则为非阻塞I/O，而在B阶段，都需要用户进程进行数据读写操作
• 从用户进程主体角度来看，异步I/O请求操作不感知内核主体的操作阶段，发送I/O请求后立即返回，内核会自动完成A、B阶段工作，并通知用户进程进行数据处理，此机制需要操作系统底层的支持，如下图所示
  

多路复用模型(IO Multiplexing)

• 多路复用I/O模型是同步阻塞的，这里是从单个I/O线程的角度来说
• 多路复用I/O阻塞在select、epoll这样的系统调用上，而不是阻塞在I/O系统调用recvfrom上
  
• 对于单个I/O操作，多路复用并不比阻塞I/O有优势，反而增加了一次系统调用
• 多路复用I/O的优势体现在同时处理多个文件描述符输入输出操作、多个套接字操作的时候，有任何一个准备就绪，select就可以返回（从并发的角度看，也有人认为这是“异步”，但从单个用户线程的角度看，仍处于等待数据或者拷贝数据的状态）
• 多路复用I/O中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户进程要高的多，因此性能强于非阻塞I/O在用户进程中的轮询
• 多路复用的几种系统调用之间的区别，参考《select、poll、epoll之间的区别总结》

容易发生混淆的坑

很多人将多路复用模型(IO Multiplexing)称之为异步阻塞I/O，这种方式将引起误解，为此，澄清如下：

Synchronous I/O versus Asynchronous I/O

POSIX defines these two terms as follows:

A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes.
An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked.

Using these definitions, the first four I/O models (blocking, nonblocking, I/O multiplexing, and signal-driven I/O) are all synchronous because the actual I/O operation (recvfrom) blocks the process. Only the asynchronous I/O model matches the asynchronous I/O definition.