Unix 五种I/O模型

一个输入操作通常包括两个不同的阶段：
（1）等待数据准备好
（2）从内核向进程复制数据
对于一个 Socket 套接字上的输入操作，第一步通常涉及等待网络中的数据到达。当等待分组的数据到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区

1. 阻塞I/O

阻塞I/O.png

通过 recvfrom 函数进行系统调用，直到内核中有数据准备好之后，内核将数据从内核空间复制到用户空间，此刻 revfrom 调用过程中是阻塞的

2. 非阻塞I/O

非阻塞I/O.png

可以看出非阻塞 I/O 的 recvfrom 函数并不会像阻塞 I/O 那样阻塞等待数据复制到用户空间进程的缓冲区，而是立马返回一个 EWOULDBLOCK 的错误来通知调用进程，这时进行通过轮询反复调用 recvfrom 函数来达到非阻塞的作用，但需耗费大量的 CPU 时间，且当内核空间的数据报准备好之后，仍然需要阻塞等待内核空间将数据复制到用户空间，因此这本非完全的非阻塞。

3. I/O 复用模型

I/O 复用模型.png

I/O 多路复用是通过调用函数，如：select、poll、epoll ，让内核来监听当前套接字的连接状态，从而将阻塞转移到操作系统的内核，当内核若有：可连接、可读、可写等事件时，会通知应用进程，应用进行收到通知后，调用 recvfrom 函数来获取准备好的数据报，此时仍然有一部分时间会阻塞在内核复制数据到用户空间

4. 信号驱动 I/O(SIGIO)

信号驱动 I/O.png

应用进程通过 sigaction 系统调用安装一个信号处理函数。该系统调用立即返回，应用进程继续工作且不阻塞。当数据报准备好时，内核向应用进程发送 SIGIO 信号，此时应用进行立即通知数据处理函数调用 recvfrom 函数进行读取数据报

5. 异步I/O(asynchronous i/o)

异步I/O(.png

异步I/O(asynchronous i/o) 工作机制为：应用进程通过 sigaction 系统调用通知内核某个感兴趣的动作，并让内核在等待数据、将数据从内核复制到用户空间过程中都不通知应用进程，而是在数据真正可用时，通知应用进行处理数据报。同时应用进程在等待 I/O 完成的过程中也不会阻塞

各种I/O 模型对比

各种I/O 模型对比.png

前四种模型主要区别在第一阶段，因为它们的第二阶段是一样的：在数据从内核空间复制到用户空间期间，进程阻塞于 recvfrom 调用。相反，异步 I/O 模型在这两个阶段都是非阻塞的，从而不同于其他四种模型

参考：《UNIX 网络编程卷1》