阻塞非阻塞与同步异步
五种IO模型详解
5种IO模型分别是阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动的IO模型、异步IO模型
1. 什么是IO
IO (Input/Output,输入/输出)即数据的读取(接收)或写入(发送)操作，通常用户进程中的一个完整IO分为两阶段:用户进程空间<–>内核空间、内核空间<–>设备空间(磁盘、网络等)。IO有内存IO、网络IO和磁盘IO三种,通常我们说的IO指的是后两者。网络I/O就是通过网络进行数据的拉取和输出。磁盘I/O主要是对磁盘进行读写工作。
LINUX中进程无法直接操作I/O设备，其必须通过系统调用请求kernel来协助完成I/O动作；内核会为每个I/O设备维护一个缓冲区。
对于一个输入操作来说，进程IO系统调用后，内核会先看缓冲区中有没有相应的缓存数据，没有的话再到设备中读取,因为设备IO一般速度较慢，需要等待；内核缓冲区有数据则直接复制到进程空间。
所以，对于一个网络输入操作通常包括两个不同阶段:
- 等待网络数据到达网卡→读取到内核缓冲区，数据准备好;
- 从内核缓冲区复制数据到进程空间
2. 什么是用户空间和内核空间
虚拟内存被操作系统划分成两块：内核空间和用户空间。
为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也不受影响。
内核空间是内核代码运行的地方，
用户空间是用户程序代码运行的地方。
当进程运行在内核空间时就处于内核态，当进程运行在用户空间时就处于用户态
3.同步与异步？
首先同步和异步是对于被调用方来说的，比如说你陪你女朋友去逛商场这个方法，然后看到某家美甲店，她要进去作美甲，这时候你女朋友有两个选择
1.做完美甲在美甲店等你来接她。
2.做完美甲打电话给你让你来接她。
这期间你自己可以选择是在店里等他还是选择去哪里先逛，你女朋友就不管你了，爱干啥干啥去。对于她自己来说，她选择做做完美甲在店里等你，那就是一个同步操作，她的时间和状态停留在了做美甲的前一刻，接下来要和你同步继续逛商场。
选择做完打电话给你就是一个异步操作。
4.阻塞与非阻塞？
还是上面那个例子，阻塞与非阻塞是对于调用方来说的，也就是你自己的选择。女朋友要做美甲，你也有连个选择
1.在店里等他
2.闲得无聊就先去商场晃晃呗。
你在店里等他就是阻塞住了，啥事也干不了，就等她做美甲了，如果先去商场逛，那就美滋滋了，那就是非阻塞的了。
基于同步，异步，阻塞和非阻塞，还有标准IO的两阶段读取，IO发展出了这么几种模型。
– 阻塞 I/O（blocking IO）
– 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
– I/O 多路复用（ IO multiplexing）
– 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
– 异步 I/O（asynchronous IO）
5. 五种IO模型详解
5.1 阻塞IO模型
当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除block状态。
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进程发起IO系统调用后,进程被阻塞,转到内核空间处理,整个IO处理完毕后返回进程。操作成功则进程获取到数据
5.2 非阻塞IO模型
进程发起IO系统调用后,如果内核缓冲区没有数据,需要到IO设备中读取，进程返回一个错误而不会被阻塞;进程发起IO系统调用后，如果内核缓冲区有数据，内核就会把数据返回给进程。
对于上面的阻塞IO模型来说，内核数据没准备好需要进程阻塞的时候，就返回一个错误,以使得进程不被阻塞。
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在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地询问内核数据是否就绪，也就说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。
5.3 IO复用模型
多个的进程的IO可以注册到一个复用器(select)上，然后用一个进程调用该select,，select会监听所有注册进来的IO。
如果select没有监听的IO在内核缓冲区都没有可读数据，select调用进程会被阻塞；而当任一IO在内核缓冲区中有可数据时，select调用就会返回；而后select调用进程可以自己或通知另外的进程(注册进程)来再次发起读取IO，读取内核中准备好的数据。
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典型应用: select、 poll、 epoll三种方案，nginx都可以选择使用这三个方案
select、poll、 epoll在Linux中IO复用 的实现方式主要有
select, poll和epoll
Select:注册IO、阻塞扫描，监听的IO最大连接数不能多于FD_ SIZE（1024）;
Poll:原理和Select相似，没有数量限制，但IO数量大扫描线性性能下降;
Epoll :事件驱动不阻塞, mmap实现内核与用户空间的消息传递，数量很大，Linux2.6后内核支持
5.4 信号驱动IO模型
在信号驱动IO模型中，当用户线程发起一个IO请求操作，会给对应的socket注册一个信号函数，然后用户线程会继续执行，当内核数据就绪时会发送一个信号给用户线程，用户线程接收到信号之后，便在信号函数中调用IO读写操作来进行实际的IO请求操作。这个一般用于UDP中，对TCP套接口几乎是没用的，原因是该信号产生得过于频繁，并且该信号的出现并没有告诉我们发生了什么事情。
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当进程发起一个IO操作，会向内核注册一个信号处理函数，然后进程返回不阻塞；当内核数据就绪时会发送一个信号给进程，进程便在信号处理函数中调用IO读取数据
5.5 异步IO模型
当进程发起一个IO操作,进程返回(不阻塞),但也不能返回结果;内核把整个IO处理完后，会通知进程结果。如果IO操作成功则进程直接获取到数据
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注意：
此模型和前面模型最大的区别是：前4个都是阻塞的，因为需要自己把用户准备好的数据，放在我的用户空间，而全异步都帮我们做好了。
用户线程完全不需要关心实际的整个IO操作是如何进行的，只需要先发起一个请求，当接收内核返回的成功信号时表示IO操作已经完成，可以直接去使用数据了。它是最理想的模型。
总结
我觉得可以这样理解，阻塞与非阻塞是针对IO操作，根据IO操作是否立即返回来决定是否是阻塞操作；同步异步是针对进行IO操作的线程，线程是否立即返回来决定是否是同步异步操作。