关于IO四种模型的理解

写在前面

本文是个人总结，相关知识讲解请看下面的两篇博文强推！！！！！！
https://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378 五种io模型的解释
https://www.jianshu.com/p/6a6845464770 这个例子很好 详解io多路复用

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首先要了解IO的过程。IO的第一个阶段：准备数据。对于network io来说，很多时候数据在一开始还没有到达（比如，还没有收到一个完整的UDP包），这个时候kernel就要等待足够的数据到来。当kernel一直等到数据准备好了，此时进入第二个阶段将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果（拷贝完），用户进程才解除block的状态，重新运行起来。

阻塞IO （blocking IO）

阻塞式IO会在这两个阶段发生阻塞，1.操作系统内核准备数据时，2.内核将数据拷贝至用户内存时。

非阻塞IO（nonblocking IO）

当内核数据没有准备好，请求read时，内核立马发送一个error给用户，用户此时知道数据没有准备好，便会先去做其他事，过一会继续来询问。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的readcall，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
一般采用轮询方式来发送read请求

IO多路复用 （IO multiplexing）

select/poll

一个select负责多个scoket，与阻塞io类似，不过阻塞io一次进程只负责一个scoket，而select/poll一个进程可以负责多个scoket，处理更多的连接。
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
用户进程还是被select阻塞的，因为只有找到一个返回结果的scoket，才能真正的读。
多路复用是同步非阻塞的，非阻塞体现在，当一个socket的数据没有准备好时，会立即返回结果继续询问其他socket，并不被数据没有准备好阻塞住。同步体现在，该进程只能执行select函数，并不能去做其他事，所以还是被select阻塞住了。

epoll

异步IO （asynchronous IO）

用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。

题外

阻塞和非阻塞是指进程访问的数据如果尚未就绪，进程是否需要等待，也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪。 而同步和异步是指访问数据的机制,同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式,当数据就绪后在读写的时候必须阻塞,异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。