这样讲解Linux的五种io模型，应该通俗易懂

今天分享Linux系统的io模型。Linux总共有5种io模型，分别是：

• blocking IO 阻塞IO模型
• On Blocking IO 非阻塞IO模型
• IO multiplexing 多路复用IO模型
• singnal dirven 信号驱动IO模型
• asyn 异步IO模型

我们首先来了解一下几个基本的概念：

• 阻塞：阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态，在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行）。函数只有在得到结果之后才会返回。换成一句白话，可以这样说：调用我（函数），我（函数）没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
• 非阻塞：非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。换成一句白话，可以这样说：调用我（函数），我（函数）立即返回，通过select通知调用者
• 同步：所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。换成一句白话，可以这样说：我调用一个功能，该功能没有结束前，我死等结果。
• 异步：异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。换成一句白话，可以这样说：我调用一个功能，不需要知道该功能结果，该功能有结果后通知我（回调通知）

阻塞IO

简单看下执行流程：

流程：在整个过程中，当用户进程进行系统调用时，内核就开始了I/O的第一个阶段，准备数据到缓冲区中，当数据都准备完成后，则将数据从内核缓冲区中拷贝到用户进程的内存中，这时用户进程才解除block的状态重新运行。

非阻塞IO模型

通过上图流程图，大致经历两个阶段：

• 等待数据阶段：未阻塞， 用户进程需要盲等，不停的去轮询内核。
• 数据复制阶段：阻塞，此时进行数据复制。在这两个阶段中，用户进程只有在数据复制阶段被阻塞了，而等待数据阶段没有阻塞，但是用户进程需要盲等，不停地轮询内核，看数据是否准备好。

IO多路复用

从上图可以看到在I/O复用模型中，由于同步非阻塞方式需要不断主动轮询，轮询占据了很大一部分过程，轮询会消耗大量的CPU时间，而 “后台” 可能有多个任务在同时进行，

相比于阻塞IO模型，多路复用只是多了一个select/poll/epoll函数。select函数会不断地轮询自己所负责的文件描述符/套接字的到达状态，当某个套接字就绪时，就对这个套接字进行处理。select负责轮询等待，recvfrom负责拷贝。当用户进程调用该select，select会监听所有注册好的IO，如果所有IO都没注册好，调用进程就阻塞。

对于客户端来说，一般感受不到阻塞，因为请求来了，可以用放到线程池里执行；但对于执行select的操作系统而言，是阻塞的，需要阻塞地等待某个套接字变为可读。

IO多路复用其实是阻塞在select，poll，epoll这类系统调用上的，复用的是执行select，poll，epoll的线程。

从整个IO过程来看，他们都是顺序执行的，因此可以归为同步模型(synchronous)。都是进程主动等待且向内核检查状态。

信号驱动IO

从上图可以看出，只有在I/O执行的第二阶段阻塞了用户进程，而在第一阶段是没有阻塞的。该模型在I/O执行的第一阶段，当数据准备完成之后，会主动的通知用户进程数据已经准备完成，即对用户进程做一个回调。该通知分为两种，一为水平触发，即如果用户进程不响应则会一直发送通知，二为边缘触发，即只通知一次。

该模型也分为两个阶段：

• 数据准备阶段：未阻塞，当数据准备完成之后，会主动的通知用户进程数据已经准备完成，对用户进程做一个回调。
• 数据拷贝阶段：阻塞用户进程，等待数据拷贝。

异步IO

就是用户进程发起系统调用后，立刻就可以开始去做其他的事情，然后直到I/O数据准备好并复制完成后，内核会给用户进程发送通知，告诉用户进程操作已经完成了。

特点：

• 异步I/O执行的两个阶段都不会阻塞读写操作，由内核完成。
• 完成后内核将数据放到指定的缓冲区，通知应用程序来取。

总结

• 阻塞IO和非阻塞IO的区别：数据准备的过程中,进程是否阻塞。

• 同步IO和异步IO的区别：数据拷贝的过程中,进程是否阻塞。

• 从效率上来说，可以简单理解为阻塞IO<非阻塞IO<多路复用IO<信号驱动IO<异步IO。从同步和异步来说，只有异步IO模型是异步的，其他均为同步。