区分同步、异步，阻塞和非阻塞

网上关于同步、异步，阻塞和非阻塞的文章可谓数不胜数，但是很可惜的是，很多文章没有说清楚这四个词之间到底有啥区别和联系，经常有人把epoll、select等IO复用当成是异步IO。这篇文章希望能做一下区分。
IO操作一般都要经过系统内核，一个完整的IO操作可以分为两个阶段：

1. 等待内核将数据准备好
2. 将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区

区分一个IO是同步还是异步只看一点：如果这两个阶段中任意一个阶段发生阻塞，我们就称之为同步IO；相应的，如果这两个阶段都不发生阻塞，那么我们称之为异步IO。下面分别看一下五种IO模型。

1. 阻塞式IO

以套接字的读事件为例，默认情况下所有套接字都是阻塞的，调用套接字的recv函数，就会通知内核准备数据，内核准备数据完成后会拷贝到用户缓冲区。这两个步骤完成之前，用户程序阻塞在recv()处等待返回，完成后系统调用返回。显然这种IO是同步阻塞的，因为在第一阶段，第二阶段都会发生阻塞。

2. 非阻塞式IO

注意，这里的非阻塞实际上指的是在第一个阶段不阻塞。还是以读套接字为例，假设有一个与客户端建立好连接的套接字s，我们把这个套接字设置为非阻塞式，调用s.recv()调用通知内核准备数据，与阻塞式IO不同的是，用户程序并不会在这里阻塞住，如果内核还没有准备好数据，那么s.recv(）函数会马上返回一个错误码，告诉用户程序，数据还没准备好。应用这种IO，通常我们会写一个while循环，不断的调用s.recv()，等到内核准备好数据后，s.recv()会执行第二阶段，拷贝数据到用户空间，这个拷贝过程是会发生阻塞的。那么这种IO显然也是同步的。

3. I/O 复用

IO复用有多种，比如select、poll和epoll等。以select为例，select可以同时监听多个套接字是否可读。进程调用select函数会通知内核准备数据，此时进程发生阻塞，等待某一个套接字变为可读。等到数据准备好，select返回可读条件，某一个套接字变为可读，此时，用户程序调用s.recv()函数从内核拷贝数据至用户空间。同样这个数据拷贝过程也会发生阻塞。整个过程中会有两个地方发生阻塞，第一个是select调用，第二个是复制数据至用户空间，也就是第二个阶段，因此这种IO也是一种同步IO。其他的IO复用如epoll、poll等处理过程跟select是一样的，也属于同步IO。

4. 信号驱动式IO

使用信号驱动式IO首先要开启信号驱动IO功能，然后通过sigaction系统调用注册一个信号处理函数，并通知内核准备数据。这个系统调用将立即返回，用户进程继续运行。当内核将数据准备好之后，内核会为该进程产生一个SIGIO信号，随后我们可以在信号处理函数中调用recv()读取数据至用户空间，也可以立即通知主循环，在主循环中读取数据。同样的，这个读取数据的过程一样会阻塞。因此这种IO也是同步IO。这种IO的好处在于等待数据准备好的过程中不会发生阻塞，主循环可以继续运行，只要等待信号处理函数的通知即可：既可以是通知数据一准备好被读取，也可以是数据已经读取完成可以被处理。

5. 异步IO

异步IO的工作机制是我们调用异步IO如aio_read,通知内核启动某个IO操作(读或者写)，并让内核在整个操作(即一阶段二阶段都完成)完成后通知我们。可能有人会把这种模型与信号驱动式IO搞混淆，这两种IO的区别在于第二阶段：信号驱动式IO的第二阶段是需要用户进程来操作的，需要用户去调用recv来读数据，这个过程会发生阻塞，因此是同步IO；异步IO的第二个阶段是内核完成的，完成之后才会通知用户进程，此时用户进程可以直接操作数据，在这个过程中没有发生阻塞，因此是异步IO。
总结一下五种IO如下图