Unix IO模型

1.同步，异步，阻塞，非阻塞的概念：
一般来说，一个输入操作包含两个阶段：
（1）等待数据准备好
（2）将数据从内核拷贝到用户空间

同步：针对上述两个过程，用户进程是否有阻塞，体现在消息通知机制上；
阻塞：进程是否知道何时数据准备好了，也就是第一个阶段是否阻塞。
2.Unix五种IO模型：

unix io模型.png

（1）阻塞式IO模型：

阻塞式io模型1.png

在这个IO模型中，用户进程执行一个系统调用（recvfrom）,内核准备好数据，并将数据从内核复制到用户空间，才会返回结果给用户进程，整个IO过程都是阻塞的，Java BIO就是这种实现方式。
（2）非阻塞式IO模型

非阻塞式io模型.png

非阻塞式IO也就是在等待数据的阶段是可以做其他事情的，而应用进程通过反复调用recvfrom等待返回成功指示（轮询），而第二步仍然是需要等待的。Java NIO是这种实现方式。

（3）IO多路复用模型

io多路复用.png

IO多路复用有三种方式：select，poll，epoll。为何叫多路复用，是因为它I/O多路复用可以同时监听多个fd，如此就减少了为每个需要监听的fd开启线程的开销。通过Java NIO实现的Reactor模式使用了这种编程模型。

select调用是内核级别的，可以等待多个socket，能实现同时对多个IO端口进行监听，当其中任何一个socket的数据准好了，就能返回进行可读，然后进程再进行recvform系统调用，将数据由内核拷贝到用户进程，这个过程是阻塞的。

I/O复用模型会用到select、poll、epoll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的的，这几个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时（不是等到socket数据全部到达再处理, 而是有了一部分数据就会调用用户进程来处理），才真正调用I/O操作函数。
在IO multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户进程其实是一直被阻塞的。在第一个阶段，进程是被select这个函数阻塞，而不是被socket IO给阻塞。
和同步阻塞IO的区别就是：
同步阻塞IO:幼儿园的一个老师负责一个小朋友的上厕所行为，老师一直等待小朋友想去厕所，直到小朋友想过去了，才带着他去。
IO多路复用：由一个老师负责一批小朋友的上厕所行为，其中某个小朋友或者某一批小朋友想去厕所，都会带着他们去。所以相比同步阻塞IO,减少了为每个需要监听的fd开启线程的开销。
（4）信号驱动式IO模型

信号驱动式io模型.png

首先我们允许Socket进行信号驱动IO,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。
也就是说第一个阶段，完全是非阻塞的，等数据到达内核会给一个信号通知，第二个阶段recvfrom还是阻塞过程。
（5）异步IO模型

异步io模型.png

用户进程调用aio_read之后，内核会立即返回。当内核两阶段都准备好后，会用信号通知给用户进程，然后用户进程可处理结果，所以两个阶段都是非阻塞的。通过Java AIO实现的Proactor模式即是异步I/O模型的实现。

参考资料：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3MTQ1NzU2NA==&mid=2247484007&idx=1&sn=bcd034abc76bd83cc003233f37de68d9&chksm=eac0ce14ddb7470207bd8b8de22d1b5ab393d990b345d90eff54470648d6877f7d344773c657&scene=21#wechat_redirect
https://segmentfault.com/a/1190000003063859