Linux五种IO模型

一、背景知识

《UNIX网络编程》中讲了5中IO模型，分别是：阻塞IO模型和非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动的IO模型和异步IO模型。注意：只有异步IO模型是异步IO操作，其余都是同步IO操作。

二、什么是IO

通常我们说的IO指的就是磁盘IO或者网络IO。IO操作分为两部分：

• 第一部分：数据准备阶段，内核空间<–>IO设备（磁盘或者网卡）。
• 第二部分：内核将数据拷贝到用户空间（用户空间<–>内核空间）。

2.1 什么是同步IO和异步IO？

同步IO 和 异步IO的区别在于：IO的第二个阶段是否阻塞，若是需要等待或者轮询内核，直至完成才能执行就是同步IO；异步是用户线程发起IO请求后继续执行，内核完成数据的准备工作，发信号给线程，线程响应处理。

2.2.1 阻塞IO

阻塞IO指的是进程发起系统调用后，进程被阻塞。转到内核空间处理，直到IO设备准备好数据，内核再将数据拷贝到用户空间，返回进程。

2.2.2 非阻塞IO

非阻塞IO是，进程发起系统调用，如果内核缓冲区没有数据，需要先到IO设备读取数据，此时，内核会给进程返回一个错误码，而不至于阻塞进程。进程会轮询多次调用系统调用，检查数据是否就绪，消耗CPU资源。

2.2.3 小结

阻塞IO 和 非阻塞IO 区别在与发起IO请求后第一步是否阻塞，而且非阻塞IO会一直轮询内核数据有没有准备好，浪费CPU资源，不建议用。

2.3 IO复用模型

多个进程的IO可以注册到一个复用器（select）上，然后让一个进程调用该select，select会监听所有注册进来的IO。如果select监听的所有IO都没有数据可读，调用select的进程就会一直阻塞在select。只要任意一个IO的内核缓冲区有数据可读，select就会返回。

除了selectIO复用外，Linux还提供了 poll 和 epoll 两种方案。

特点：

1. 专一进程解决进程IO阻塞问题，Reactor模式。
2. 适用于高性能服务器开发，一个进程或线程响应多个请求。

2.4 异步IO模型

进程发起IO操作，进程返回。内核拷贝完数据会以信号的方式，通知进程。进程在自己的信号处理函数中处理数据。

文章参考于<零声教育>的C/C++linux服务期高级架构。