在說(shuō)I/O模型之前，我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)同步，異步，阻塞，非阻塞這四種調(diào)用方式的概念：

目前創(chuàng)新互聯(lián)已為上千家的企業(yè)提供了網(wǎng)站建設(shè)、域名、網(wǎng)頁(yè)空間、網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)、企業(yè)網(wǎng)站設(shè)計(jì)、小店網(wǎng)站維護(hù)等服務(wù)，公司將堅(jiān)持客戶(hù)導(dǎo)向、應(yīng)用為本的策略，正道將秉承"和諧、參與、激情"的文化，與客戶(hù)和合作伙伴齊心協(xié)力一起成長(zhǎng)，共同發(fā)展。

      同步：在發(fā)出一個(gè)功能調(diào)用時(shí)，在沒(méi)有得到結(jié)果之前，該調(diào)用就不返回，通俗點(diǎn)就是必須一件一件的做事，等這件事做完了才能做下一件事；

      異步：異步和同步正好相對(duì)，當(dāng)一個(gè)異步過(guò)程調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立即得到結(jié)果，當(dāng)該異步調(diào)用完成后，通過(guò)狀態(tài)，通知和回調(diào)來(lái)通知調(diào)用者。

      阻塞：阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當(dāng)前線程會(huì)被掛起（線程進(jìn)入非可執(zhí)行狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)之下，cpu不會(huì)給線程分配時(shí)間片，即線程暫停運(yùn)行），函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會(huì)返回。

       非阻塞：指我們的調(diào)用在不能立即得到結(jié)果之前，該函數(shù)不會(huì)阻塞當(dāng)前線程，而會(huì)立即返回。

上面這幾種情況說(shuō)的通俗點(diǎn)就是下面這幾種情況：

       同步：就是我調(diào)用一個(gè)功能，該功能沒(méi)有結(jié)束前，我就什么也不干，死等結(jié)果；

       異步：就是我調(diào)用一個(gè)功能，不需要知道該功能結(jié)果，該功能有結(jié)果后通知我（回調(diào)通知）；

       阻塞：就是調(diào)用一個(gè)功能，該功能沒(méi)有得到結(jié)果或接受完數(shù)據(jù)之前，該功能不會(huì)返回；

       非阻塞：就是調(diào)用一個(gè)功能，該功能立即返回，通過(guò)select通知調(diào)用者；

同步IO和異步IO的區(qū)別：數(shù)據(jù)拷貝的時(shí)候，進(jìn)程是否阻塞；

阻塞IO和非阻塞IO的區(qū)別：應(yīng)用程序的調(diào)用是否立即返回。

我們來(lái)總結(jié)一下：

      同步就是當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)起一個(gè)函數(shù)（任務(wù)）調(diào)用的時(shí)候，一直等待直到函數(shù)（任務(wù)）完成，而進(jìn)程繼續(xù)處于激活狀態(tài)。而異步情況下是當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)起一個(gè)函數(shù)（任務(wù)）調(diào)用的時(shí)候，不會(huì)等函數(shù)返回，而是繼續(xù)往下執(zhí)行，當(dāng)函數(shù)返回的時(shí)候，通過(guò)狀態(tài)，通知，事件等方式通知進(jìn)程任務(wù)完成。阻塞是當(dāng)請(qǐng)求不能滿(mǎn)足的時(shí)候，就將進(jìn)程掛起，而非阻塞不會(huì)阻塞當(dāng)前進(jìn)程，即阻塞與非阻塞針對(duì)的是進(jìn)程或線程，而同步與異步針對(duì)的是功能函數(shù)。

有了上面的理解，我們?cè)俜謩e看看以下的五種I/O模型：

     1.阻塞式I/O模型：進(jìn)程會(huì)一直阻塞，直到數(shù)據(jù)拷貝完成。應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用一個(gè)I/O函數(shù)，導(dǎo)致應(yīng)用進(jìn)程阻塞，等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好，則一直等待，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，從內(nèi)核拷貝到用戶(hù)空間，I/O函數(shù)函數(shù)返回成功指示。

下面我們來(lái)看看阻塞式I/O模型圖，在調(diào)用recvfrom函數(shù)時(shí)，發(fā)生在內(nèi)核中等待數(shù)據(jù)和復(fù)制數(shù)據(jù)的過(guò)程：

      當(dāng)調(diào)用recvfrom函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)首先檢查是否有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好，那么系統(tǒng)就處于等待狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，將數(shù)據(jù)從系統(tǒng)緩沖區(qū)復(fù)制到用戶(hù)空間，然后改函數(shù)返回。在套接字應(yīng)用程序中，當(dāng)調(diào)用recvfrom函數(shù)時(shí)，未必用戶(hù)空間就已經(jīng)存在數(shù)據(jù)，那么此時(shí)recvfrom函數(shù)就會(huì)處于等待狀態(tài)。

     2.非阻塞式I/O模型：非阻塞式I/O通過(guò)進(jìn)程反復(fù)調(diào)用IO函數(shù)（多次系統(tǒng)調(diào)用，并馬上返回），在數(shù)據(jù)拷貝的過(guò)程中，進(jìn)程是阻塞的。我們把一個(gè)socket接口設(shè)置為非阻塞就是告訴內(nèi)核，當(dāng)所請(qǐng)求的O操作無(wú)法完成時(shí)，不要將進(jìn)程睡眠，而是返回一個(gè)錯(cuò)誤。這樣，我們的IO函數(shù)將不斷地測(cè)試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，如果沒(méi)有準(zhǔn)備好，繼續(xù)測(cè)試，知道數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。在不斷地測(cè)試中，會(huì)占用CPU大量的時(shí)間。

我們來(lái)看看非阻塞式I/O模型圖：

      把socket設(shè)置為非阻塞模式，就是在通知內(nèi)核：在調(diào)用socket API函數(shù)時(shí)，不要讓線程睡眠，而是讓函數(shù)立即返回，在返回時(shí)，該函數(shù)返回一個(gè)錯(cuò)誤代碼。如上圖所示，一個(gè)非阻塞式套接字多次調(diào)用recvfrom函數(shù)時(shí)，前三次調(diào)用該函數(shù)時(shí)，內(nèi)核內(nèi)核數(shù)據(jù)還沒(méi)有準(zhǔn)備好，該函數(shù)立即返回EWOULDBLOCK錯(cuò)誤代碼。第四次調(diào)用recvfrom時(shí)，數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，被復(fù)制到應(yīng)用程序的緩沖區(qū)中，recvfrom函數(shù)返回成功指示，應(yīng)用程序開(kāi)始處理數(shù)據(jù)。

      3.I/O復(fù)用模型：主要是select或poll，對(duì)一個(gè)端口兩次調(diào)用，兩次返回，比阻塞I/O并沒(méi)有什么優(yōu)越性，關(guān)鍵是能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)IO端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。I/O復(fù)用模型會(huì)用到select，poll，epoll函數(shù)，這幾個(gè)函數(shù)也會(huì)使進(jìn)程阻塞，但是和阻塞I/O不同的是這兩個(gè)函數(shù)可以同時(shí)阻塞多個(gè)I/O操作。而且可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作，多個(gè)寫(xiě)操作的I/O函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫(xiě)時(shí)，才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)。

我們來(lái)看看I/O復(fù)用模型圖：

      從上圖可以看到，我們阻塞于select調(diào)用，等待數(shù)據(jù)寶套接字變?yōu)榭勺x。當(dāng)select返回套接字可讀這一條件時(shí)，我們調(diào)用recvfrom把所讀數(shù)據(jù)報(bào)復(fù)制到應(yīng)用緩沖區(qū)域。

      4.信號(hào)驅(qū)動(dòng)式I/O模型：兩次調(diào)用，兩次返回。首先我們?cè)试S套接口進(jìn)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O，并安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù)，進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行并不阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，進(jìn)程會(huì)收到一個(gè)SIGIO信號(hào)，可以在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用I/O操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)。模型圖如下：

      5.異步I/O模型：數(shù)據(jù)拷貝的時(shí)候，進(jìn)程無(wú)需阻塞。當(dāng)一個(gè)異步調(diào)用過(guò)程發(fā)生后，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果，實(shí)際處理這個(gè)調(diào)用的部件在完成后，通過(guò)狀態(tài)，通知和回調(diào)來(lái)通知調(diào)用者的輸入輸出操作。在這里我們調(diào)用aio_read函數(shù)給內(nèi)核傳遞描述符，緩沖區(qū)指針，緩沖區(qū)大小和文件偏移，并告訴內(nèi)核整個(gè)操作完成后，如何通知我們。該系統(tǒng)調(diào)用立即返回，而且在等待I/O完成期間，我們的進(jìn)程不會(huì)被阻塞。當(dāng)內(nèi)核將數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)后，在通知應(yīng)用進(jìn)程。下面是模型圖：

我們來(lái)總結(jié)一下各種I/O模型的比較：

       我們從下圖的比較中可以看到，前四種模型的區(qū)別主要在意第一階段，因?yàn)樗麄兊牡谝浑A段是一樣的：在數(shù)據(jù)從內(nèi)核復(fù)制到進(jìn)程的應(yīng)用緩沖區(qū)期間，進(jìn)程阻塞于recvfrom調(diào)用。而異步I/O模型這兩個(gè)階段都要處理。

我們的前四種模型都屬于同步I/O模型，而第五種模型屬于異步I/O模型。

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網(wǎng)站欄目：五種I/O模型簡(jiǎn)述-創(chuàng)新互聯(lián)
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