Linux服务器编程——浅谈同步IO与异步IO的区别

0 前言

Linux网络编程中经常出现同步IO和异步IO这对概念。遗憾是的，在这之前我从没找到一个关于这两个概念的清晰定义和理解。今找到一点这方面的材料，特分享之。
在解释二者区别之前，先提出一个前置知识，也即同步IO和异步IO的场景：
在网络数据传输中，Linux内核进程将TCP/UDP等传输层协议传输来的数据首先存放在内核的内核空间(内核缓冲区)。用户应用进程根据需要或事件驱动，向内核空间发起IO请求，内核进程需要在内核空间(内核缓冲区)中完成数据IO的一系列准备工作(如果此时内核缓冲区中没有数据，内核进程需要等待)，然后完成数据从内核空间到用户空间的转移。此即同步IO和异步IO的大前提。

1 同步IO

先解释同步IO。在Linux网络编程中，没有十分可用的异步IO接口，所以在Linux网络编程中，多用同步IO模型。
顾名思义，同步IO要求用户进程在向内核进程发起数据IO请求后，在内核进程读取内核缓冲区中的数据时(若此时内核缓冲区中没有数据，内核进程显然不能返回用户进程需要的数据)，在这一过程中，用户进程需要等待，直到内核进程将数据返回给用户进程，然后用户进程才解除等待/阻塞。
这也是默认同步IO模式，也即同步IO阻塞模式。

1.1 同步IO阻塞

用户进程向内核进程发起IO请求后，需要等待内核进程完成一系列数据IO操作(甚至内核空间中没有数据，此时内核进程需要等待)，等到内核进程将数据传送给用户进程，用户进程才能解除阻塞。

1.2 同步IO非阻塞

用户进程向内核线程发起IO请求后，如果内核空间中有数据，则内核线程"立即"将内核缓冲区中的数据发送给用户进程。在这个过程中用户进程不做等待。
如果内核空间中没有数据，则用户进程立即返回，不做等待，也即没有阻塞。

2 异步IO

异步IO充分利用DMA特性，用户进程向内核发起IO请求，由内核进程负责数据的IO处理，此时用户进程可以去处理别的事情(实际多为挂起)。等内核处理完之后(内核进程将数据主动推给用户进程)通过中断通知应用进程接收数据。

3 参考材料

https://www.bilibili.com/video/BV11b411q7zr?p=24