1 概念說明#
在進行解釋之前，首先要說明幾個概念：
用戶空間和內(nèi)核空間
進程切換
進程的阻塞
文件描述符
緩存 IO
現(xiàn)在操作系統(tǒng)都是采用虛擬存儲器，那么對32位操作系統(tǒng)而言，它的尋址空間（虛擬存儲空間）為4G（2的32次方）崎溃。操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核材义，獨立于普通的應(yīng)用程序蠕蚜，可以訪問受保護的內(nèi)存空間梢灭，也有訪問底層硬件設(shè)備的所有權(quán)限。為了保證用戶進程不能直接操作內(nèi)核（kernel）幕侠，保證內(nèi)核的安全帝美，操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分，一部分為內(nèi)核空間晤硕，一部分為用戶空間悼潭。針對linux操作系統(tǒng)而言，將最高的1G字節(jié)（從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF）舞箍，供內(nèi)核使用舰褪，稱為內(nèi)核空間，而將較低的3G字節(jié)（從虛擬地址0x00000000到0xBFFFFFFF）疏橄，供各個進程使用占拍，稱為用戶空間。
為了控制進程的執(zhí)行软族，內(nèi)核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程刷喜，并恢復以前掛起的某個進程的執(zhí)行残制。這種行為被稱為進程切換立砸。因此可以說，任何進程都是在操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持下運行的初茶，是與內(nèi)核緊密相關(guān)的颗祝。
從一個進程的運行轉(zhuǎn)到另一個進程上運行，這個過程中經(jīng)過下面這些變化：
保存處理機上下文恼布，包括程序計數(shù)器和其他寄存器螺戳。
更新PCB信息。
把進程的PCB移入相應(yīng)的隊列折汞，如就緒倔幼、在某事件阻塞等隊列。
選擇另一個進程執(zhí)行爽待，并更新其PCB损同。
更新內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
恢復處理機上下文鸟款。
注：總而言之就是很耗資源膏燃，具體的可以參考這篇文章：進程切換。
正在執(zhí)行的進程何什，由于期待的某些事件未發(fā)生组哩，如請求系統(tǒng)資源失敗、等待某種操作的完成、新數(shù)據(jù)尚未到達或無新工作做等伶贰，則由系統(tǒng)自動執(zhí)行阻塞原語(Block)蛛砰，使自己由運行狀態(tài)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)∈蜓茫可見暴备，進程的阻塞是進程自身的一種主動行為，也因此只有處于運行態(tài)的進程（獲得CPU）们豌，才可能將其轉(zhuǎn)為阻塞狀態(tài)涯捻。當進程進入阻塞狀態(tài)，是不占用CPU資源的望迎。
文件描述符（File descriptor）是計算機科學中的一個術(shù)語障癌，是一個用于表述指向文件的引用的抽象化概念。
文件描述符在形式上是一個非負整數(shù)辩尊。實際上涛浙，它是一個索引值，指向內(nèi)核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表摄欲。當程序打開一個現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個新文件時，內(nèi)核向進程返回一個文件描述符我注。在程序設(shè)計中，一些涉及底層的程序編寫往往會圍繞著文件描述符展開但骨。但是文件描述符這一概念往往只適用于UNIX智袭、Linux這樣的操作系統(tǒng)奔缠。
緩存 IO 又被稱作標準 IO，大多數(shù)文件系統(tǒng)的默認 IO 操作都是緩存 IO吼野。在 Linux 的緩存 IO 機制中校哎，操作系統(tǒng)會將 IO 的數(shù)據(jù)緩存在文件系統(tǒng)的頁緩存（ page cache ）中，也就是說瞳步，數(shù)據(jù)會先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中闷哆，然后才會從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間。
緩存 IO 的缺點：
數(shù)據(jù)在傳輸過程中需要在應(yīng)用程序地址空間和內(nèi)核進行多次數(shù)據(jù)拷貝操作谚攒，這些數(shù)據(jù)拷貝操作所帶來的 CPU 以及內(nèi)存開銷是非常大的阳准。
網(wǎng)絡(luò)IO的本質(zhì)是socket的讀取，socket在linux系統(tǒng)被抽象為流馏臭，IO可以理解為對流的操作野蝇。剛才說了讼稚，對于一次IO訪問（以read舉例），數(shù)據(jù)會先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中绕沈，然后才會從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間锐想。所以說，當一個read操作發(fā)生時乍狐，它會經(jīng)歷兩個階段：
第一階段：等待數(shù)據(jù)準備 (Waiting for the data to be ready)赠摇。
第二階段：將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到進程中 (Copying the data from the kernel to the process)。
對于socket流而言浅蚪，
第一步：通常涉及等待網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分組到達藕帜，然后被復制到內(nèi)核的某個緩沖區(qū)。
第二步：把數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)復制到應(yīng)用進程緩沖區(qū)惜傲。
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要處理的無非就是兩大類問題洽故，網(wǎng)絡(luò)IO，數(shù)據(jù)計算盗誊。相對于后者时甚，網(wǎng)絡(luò)IO的延遲荒适，給應(yīng)用帶來的性能瓶頸大于后者刀诬。網(wǎng)絡(luò)IO的模型大致有如下幾種：
同步模型（synchronous IO）
阻塞IO（bloking IO）
非阻塞IO（non-blocking IO）
多路復用IO（multiplexing IO）
信號驅(qū)動式IO（signal-driven IO）
異步IO（asynchronous IO）
注：由于signal driven IO在實際中并不常用摊阀，所以我這只提及剩下的四種IO Model纪隙。
在深入介紹Linux IO各種模型之前蒲肋，讓我們先來探索一下基本 Linux IO 模型的簡單矩陣奋早。如下圖所示：
輸入圖片說明
每個 IO 模型都有自己的使用模式愤炸，它們對于特定的應(yīng)用程序都有自己的優(yōu)點规个。本節(jié)將簡要對其一一進行介紹诞仓。常見的IO模型有阻塞墅拭、非阻塞谍婉、IO多路復用穗熬，異步死陆。以一個生動形象的例子來說明這四個概念别凤。周末我和女友去逛街规哪，中午餓了诉稍，我們準備去吃飯杯巨。周末人多服爷，吃飯需要排隊仍源，我和女友有以下幾種方案笼踩。
我和女友點完餐后嚎于，不知道什么時候能做好匾旭，只好坐在餐廳里面等女蜈，直到做好伪窖，然后吃完才離開覆山。女友本想還和我一起逛街的簇宽，但是不知道飯能什么時候做好魏割，只好和我一起在餐廳等钞它，而不能去逛街遭垛，直到吃完飯才能去逛街锯仪，中間等待做飯的時間浪費掉了。這就是典型的阻塞谤碳。
同步阻塞 IO 模型是最常用的一個模型，也是最簡單的模型漩仙。在linux中，默認情況下所有的socket都是blocking峻村。它符合人們最常見的思考邏輯粘昨。阻塞就是進程 "被" 休息, CPU處理其它進程去了张肾。
在這個IO模型中吞瞪，用戶空間的應(yīng)用程序執(zhí)行一個系統(tǒng)調(diào)用（recvform）芍秆，這會導致應(yīng)用程序阻塞，什么也不干眉菱，直到數(shù)據(jù)準備好克伊，并且將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復制到用戶進程华坦，最后進程再處理數(shù)據(jù)犁跪，在等待數(shù)據(jù)到處理數(shù)據(jù)的兩個階段歹袁，整個進程都被阻塞条舔。不能處理別的網(wǎng)絡(luò)IO孟抗。調(diào)用應(yīng)用程序處于一種不再消費 CPU 而只是簡單等待響應(yīng)的狀態(tài)，因此從處理的角度來看捷沸，這是非常有效的痒给。在調(diào)用recv()/recvfrom()函數(shù)時侈玄，發(fā)生在內(nèi)核中等待數(shù)據(jù)和復制數(shù)據(jù)的過程序仙，大致如下圖：
輸入圖片說明
當用戶進程調(diào)用了recv()/recvfrom()這個系統(tǒng)調(diào)用潘悼，kernel就開始了IO的第一個階段：準備數(shù)據(jù)（對于網(wǎng)絡(luò)IO來說治唤，很多時候數(shù)據(jù)在一開始還沒有到達。比如柜裸，還沒有收到一個完整的UDP包疙挺。這個時候kernel就要等待足夠的數(shù)據(jù)到來）蔬崩。這個過程需要等待搀暑，也就是說數(shù)據(jù)被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中是需要一個過程的沪袭。而在用戶進程這邊冈绊，整個進程會被阻塞（當然死宣，是進程自己選擇的阻塞）毅该。第二個階段：當kernel一直等到數(shù)據(jù)準備好了眶掌，它就會將數(shù)據(jù)從kernel中拷貝到用戶內(nèi)存朴爬，然后kernel返回結(jié)果召噩，用戶進程才解除block的狀態(tài)具滴，重新運行起來构韵。
所以疲恢，blocking IO的特點就是在IO執(zhí)行的兩個階段都被block了冈闭。
優(yōu)點：
能夠及時返回數(shù)據(jù)萎攒，無延遲；
對內(nèi)核開發(fā)者來說這是省事了羊精；
缺點：
對用戶來說處于等待就要付出性能的代價了喧锦；
2.2 同步非阻塞 IO（nonblocking IO）##
我女友不甘心白白在這等燃少，又想去逛商場阵具，又擔心飯好了怕敬。所以我們逛一會东跪，回來詢問服務(wù)員飯好了沒有越庇，來來回回好多次卤唉，飯都還沒吃都快累死了啦。這就是非阻塞熬的。需要不斷的詢問赊级，是否準備好了橡伞。
同步非阻塞就是 “每隔一會兒瞄一眼進度條” 的輪詢（polling）方式。在這種模型中羡洛，設(shè)備是以非阻塞的形式打開的。這意味著 IO 操作不會立即完成肋联，read 操作可能會返回一個錯誤代碼牺蹄，說明這個命令不能立即滿足（EAGAIN 或 EWOULDBLOCK）氓奈。
在網(wǎng)絡(luò)IO時候舀奶，非阻塞IO也會進行recvform系統(tǒng)調(diào)用但荤，檢查數(shù)據(jù)是否準備好，與阻塞IO不一樣涧至，"非阻塞將大的整片時間的阻塞分成N多的小的阻塞, 所以進程不斷地有機會 '被' CPU光顧"腹躁。
也就是說非阻塞的recvform系統(tǒng)調(diào)用調(diào)用之后，進程并沒有被阻塞南蓬，內(nèi)核馬上返回給進程纺非，如果數(shù)據(jù)還沒準備好，此時會返回一個error赘方。進程在返回之后烧颖，可以干點別的事情，然后再發(fā)起recvform系統(tǒng)調(diào)用。重復上面的過程，循環(huán)往復的進行recvform系統(tǒng)調(diào)用。這個過程通常被稱之為輪詢。輪詢檢查內(nèi)核數(shù)據(jù)反砌，直到數(shù)據(jù)準備好酒贬，再拷貝數(shù)據(jù)到進程零如，進行數(shù)據(jù)處理。需要注意，拷貝數(shù)據(jù)整個過程，進程仍然是屬于阻塞的狀態(tài)。
在linux下敞临，可以通過設(shè)置socket使其變?yōu)閚on-blocking。當對一個non-blocking socket執(zhí)行讀操作時，流程如圖所示：
輸入圖片說明
當用戶進程發(fā)出read操作時忍啸，如果kernel中的數(shù)據(jù)還沒有準備好，那么它并不會block用戶進程，而是立刻返回一個error溪椎。從用戶進程角度講蛾洛，它發(fā)起一個read操作后谎碍，并不需要等待提岔，而是馬上就得到了一個結(jié)果。用戶進程判斷結(jié)果是一個error時季惯，它就知道數(shù)據(jù)還沒有準備好藕筋，于是它可以再次發(fā)送read操作暇藏。一旦kernel中的數(shù)據(jù)準備好了甸各，并且又再次收到了用戶進程的system call诫尽，那么它馬上就將數(shù)據(jù)拷貝到了用戶內(nèi)存送淆，然后返回。
所以惕澎，nonblocking IO的特點是用戶進程需要不斷的主動詢問kernel數(shù)據(jù)好了沒有祟绊。
同步非阻塞方式相比同步阻塞方式：
優(yōu)點：能夠在等待任務(wù)完成的時間里干其他活了（包括提交其他任務(wù)泽腮，也就是 “后臺” 可以有多個任務(wù)在同時執(zhí)行）。
缺點：任務(wù)完成的響應(yīng)延遲增大了，因為每過一段時間才去輪詢一次read操作，而任務(wù)可能在兩次輪詢之間的任意時間完成察署。這會導致整體數(shù)據(jù)吞吐量的降低梅尤。
2.3 IO 多路復用（ IO multiplexing）##
與第二個方案差不多号枕，餐廳安裝了電子屏幕用來顯示點餐的狀態(tài)赞厕，這樣我和女友逛街一會蒜茴，回來就不用去詢問服務(wù)員了久信，直接看電子屏幕就可以了裹虫。這樣每個人的餐是否好了筑公，都直接看電子屏幕就可以了雳窟，這就是典型的IO多路復用。
由于同步非阻塞方式需要不斷主動輪詢十酣，輪詢占據(jù)了很大一部分過程涩拙，輪詢會消耗大量的CPU時間，而 “后臺” 可能有多個任務(wù)在同時進行耸采，人們就想到了循環(huán)查詢多個任務(wù)的完成狀態(tài)兴泥，只要有任何一個任務(wù)完成，就去處理它虾宇。如果輪詢不是進程的用戶態(tài)搓彻，而是有人幫忙就好了。那么這就是所謂的 “IO 多路復用”嘱朽。UNIX/Linux 下的 select旭贬、poll、epoll 就是干這個的（epoll 比 poll搪泳、select 效率高稀轨，做的事情是一樣的）。
IO多路復用有兩個特別的系統(tǒng)調(diào)用select岸军、poll奋刽、epoll函數(shù)。select調(diào)用是內(nèi)核級別的艰赞，select輪詢相對非阻塞的輪詢的區(qū)別在于---前者可以等待多個socket佣谐，能實現(xiàn)同時對多個IO端口進行監(jiān)聽，當其中任何一個socket的數(shù)據(jù)準好了方妖，就能返回進行可讀狭魂，然后進程再進行recvform系統(tǒng)調(diào)用，將數(shù)據(jù)由內(nèi)核拷貝到用戶進程，當然這個過程是阻塞的雌澄。select或poll調(diào)用之后斋泄，會阻塞進程，與blocking IO阻塞不同在于掷伙，此時的select不是等到socket數(shù)據(jù)全部到達再處理, 而是有了一部分數(shù)據(jù)就會調(diào)用用戶進程來處理是己。如何知道有一部分數(shù)據(jù)到達了呢？監(jiān)視的事情交給了內(nèi)核任柜，內(nèi)核負責數(shù)據(jù)到達的處理卒废。也可以理解為"非阻塞"吧。
I/O復用模型會用到select宙地、poll摔认、epoll函數(shù)，這幾個函數(shù)也會使進程阻塞宅粥，但是和阻塞I/O所不同的的参袱，這兩個函數(shù)可以同時阻塞多個I/O操作。而且可以同時對多個讀操作秽梅，多個寫操作的I/O函數(shù)進行檢測抹蚀，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫時（注意不是全部數(shù)據(jù)可讀或可寫），才真正調(diào)用I/O操作函數(shù)企垦。
對于多路復用环壤，也就是輪詢多個socket。多路復用既然可以處理多個IO钞诡，也就帶來了新的問題郑现，多個IO之間的順序變得不確定了，當然也可以針對不同的編號荧降。具體流程接箫，如下圖所示：
輸入圖片說明
IO multiplexing就是我們說的select，poll朵诫，epoll辛友，有些地方也稱這種IO方式為event driven IO。select/epoll的好處就在于單個process就可以同時處理多個網(wǎng)絡(luò)連接的IO剪返。它的基本原理就是select瞎领，poll，epoll這個function會不斷的輪詢所負責的所有socket随夸，當某個socket有數(shù)據(jù)到達了，就通知用戶進程震放。
當用戶進程調(diào)用了select宾毒，那么整個進程會被block，而同時殿遂，kernel會“監(jiān)視”所有select負責的socket诈铛，當任何一個socket中的數(shù)據(jù)準備好了乙各，select就會返回。這個時候用戶進程再調(diào)用read操作幢竹，將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶進程耳峦。
多路復用的特點是通過一種機制一個進程能同時等待IO文件描述符，內(nèi)核監(jiān)視這些文件描述符（套接字描述符）焕毫，其中的任意一個進入讀就緒狀態(tài)蹲坷，select， poll邑飒，epoll函數(shù)就可以返回循签。對于監(jiān)視的方式，又可以分為 select疙咸， poll县匠， epoll三種方式。
上面的圖和blocking IO的圖其實并沒有太大的不同撒轮，事實上乞旦，還更差一些。因為這里需要使用兩個system call (select 和 recvfrom)题山，而blocking IO只調(diào)用了一個system call (recvfrom)兰粉。但是，用select的優(yōu)勢在于它可以同時處理多個connection臀蛛。
所以亲桦，如果處理的連接數(shù)不是很高的話，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好浊仆，可能延遲還更大客峭。（select/epoll的優(yōu)勢并不是對于單個連接能處理得更快，而是在于能處理更多的連接抡柿。）
在IO multiplexing Model中舔琅，實際中，對于每一個socket洲劣，一般都設(shè)置成為non-blocking备蚓，但是，如上圖所示囱稽，整個用戶的process其實是一直被block的郊尝。只不過process是被select這個函數(shù)block，而不是被socket IO給block战惊。所以IO多路復用是阻塞在select流昏，epoll這樣的系統(tǒng)調(diào)用之上，而沒有阻塞在真正的I/O系統(tǒng)調(diào)用如recvfrom之上。
在I/O編程過程中况凉，當需要同時處理多個客戶端接入請求時谚鄙，可以利用多線程或者I/O多路復用技術(shù)進行處理。I/O多路復用技術(shù)通過把多個I/O的阻塞復用到同一個select的阻塞上刁绒，從而使得系統(tǒng)在單線程的情況下可以同時處理多個客戶端請求闷营。與傳統(tǒng)的多線程/多進程模型比，I/O多路復用的最大優(yōu)勢是系統(tǒng)開銷小知市，系統(tǒng)不需要創(chuàng)建新的額外進程或者線程傻盟，也不需要維護這些進程和線程的運行，降底了系統(tǒng)的維護工作量初狰，節(jié)省了系統(tǒng)資源莫杈，I/O多路復用的主要應(yīng)用場景如下：
服務(wù)器需要同時處理多個處于監(jiān)聽狀態(tài)或者多個連接狀態(tài)的套接字。
服務(wù)器需要同時處理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的套接字奢入。
了解了前面三種IO模式筝闹，在用戶進程進行系統(tǒng)調(diào)用的時候，他們在等待數(shù)據(jù)到來的時候腥光，處理的方式不一樣关顷，直接等待，輪詢武福，select或poll輪詢议双，兩個階段過程：
第一個階段有的阻塞，有的不阻塞捉片，有的可以阻塞又可以不阻塞平痰。
第二個階段都是阻塞的。
從整個IO過程來看伍纫，他們都是順序執(zhí)行的宗雇，因此可以歸為同步模型(synchronous)。都是進程主動等待且向內(nèi)核檢查狀態(tài)莹规∨馄眩【此句很重要！Ａ际舞虱！】
高并發(fā)的程序一般使用同步非阻塞方式而非多線程 + 同步阻塞方式。要理解這一點母市，首先要扯到并發(fā)和并行的區(qū)別矾兜。比如去某部門辦事需要依次去幾個窗口，辦事大廳里的人數(shù)就是并發(fā)數(shù)患久，而窗口個數(shù)就是并行度椅寺。也就是說并發(fā)數(shù)是指同時進行的任務(wù)數(shù)（如同時服務(wù)的 HTTP 請求）舶沿，而并行數(shù)是可以同時工作的物理資源數(shù)量（如 CPU 核數(shù)）。通過合理調(diào)度任務(wù)的不同階段配并，并發(fā)數(shù)可以遠遠大于并行度，這就是區(qū)區(qū)幾個 CPU 可以支持上萬個用戶并發(fā)請求的奧秘高镐。在這種高并發(fā)的情況下溉旋，為每個任務(wù)（用戶請求）創(chuàng)建一個進程或線程的開銷非常大。而同步非阻塞方式可以把多個 IO 請求丟到后臺去嫉髓，這就可以在一個進程里服務(wù)大量的并發(fā) IO 請求观腊。
注意：IO多路復用是同步阻塞模型還是異步阻塞模型，在此給大家分析下：
此處仍然不太清楚的算行，強烈建議大家在細究《聊聊同步梧油、異步、阻塞與非阻塞》中講同步與異步的根本性區(qū)別州邢，同步是需要主動等待消息通知儡陨，而異步則是被動接收消息通知，通過回調(diào)量淌、通知骗村、狀態(tài)等方式來被動獲取消息。IO多路復用在阻塞到select階段時呀枢，用戶進程是主動等待并調(diào)用select函數(shù)獲取數(shù)據(jù)就緒狀態(tài)消息胚股，并且其進程狀態(tài)為阻塞。所以裙秋，把IO多路復用歸為同步阻塞模式琅拌。
2.4 信號驅(qū)動式IO（signal-driven IO）##
信號驅(qū)動式I/O：首先我們允許Socket進行信號驅(qū)動IO,并安裝一個信號處理函數(shù)，進程繼續(xù)運行并不阻塞摘刑。當數(shù)據(jù)準備好時进宝，進程會收到一個SIGIO信號，可以在信號處理函數(shù)中調(diào)用I/O操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)泣侮。過程如下圖所示：
輸入圖片說明
2.5 異步非阻塞 IO（asynchronous IO）##
女友不想逛街即彪，又餐廳太吵了，回家好好休息一下活尊。于是我們叫外賣隶校，打個電話點餐，然后我和女友可以在家好好休息一下蛹锰，飯好了送貨員送到家里來深胳。這就是典型的異步，只需要打個電話說一下铜犬，然后可以做自己的事情舞终，飯好了就送來了轻庆。
相對于同步IO，異步IO不是順序執(zhí)行敛劝。用戶進程進行aio_read系統(tǒng)調(diào)用之后余爆，無論內(nèi)核數(shù)據(jù)是否準備好，都會直接返回給用戶進程夸盟，然后用戶態(tài)進程可以去做別的事情蛾方。等到socket數(shù)據(jù)準備好了，內(nèi)核直接復制數(shù)據(jù)給進程上陕，然后從內(nèi)核向進程發(fā)送通知桩砰。IO兩個階段，進程都是非阻塞的释簿。
Linux提供了AIO庫函數(shù)實現(xiàn)異步亚隅，但是用的很少。目前有很多開源的異步IO庫庶溶，例如libevent煮纵、libev、libuv渐尿。異步過程如下圖所示：
輸入圖片說明
用戶進程發(fā)起aio_read操作之后醉途，立刻就可以開始去做其它的事。而另一方面砖茸，從kernel的角度隘擎，當它受到一個asynchronous read之后，首先它會立刻返回凉夯，所以不會對用戶進程產(chǎn)生任何block货葬。然后，kernel會等待數(shù)據(jù)準備完成劲够，然后將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存震桶，當這一切都完成之后，kernel會給用戶進程發(fā)送一個signal或執(zhí)行一個基于線程的回調(diào)函數(shù)來完成這次 IO 處理過程征绎，告訴它read操作完成了蹲姐。
在 Linux 中，通知的方式是 “信號”：
如果這個進程正在用戶態(tài)忙著做別的事（例如在計算兩個矩陣的乘積）人柿，那就強行打斷之柴墩，調(diào)用事先注冊的信號處理函數(shù)，這個函數(shù)可以決定何時以及如何處理這個異步任務(wù)凫岖。由于信號處理函數(shù)是突然闖進來的江咳，因此跟中斷處理程序一樣，有很多事情是不能做的哥放，因此保險起見歼指，一般是把事件 “登記” 一下放進隊列爹土，然后返回該進程原來在做的事。
如果這個進程正在內(nèi)核態(tài)忙著做別的事踩身，例如以同步阻塞方式讀寫磁盤胀茵，那就只好把這個通知掛起來了，等到內(nèi)核態(tài)的事情忙完了挟阻，快要回到用戶態(tài)的時候宰掉，再觸發(fā)信號通知。
如果這個進程現(xiàn)在被掛起了赁濒，例如無事可做 sleep 了，那就把這個進程喚醒孟害，下次有 CPU 空閑的時候拒炎，就會調(diào)度到這個進程，觸發(fā)信號通知挨务。
異步 API 說來輕巧击你，做來難，這主要是對 API 的實現(xiàn)者而言的谎柄。Linux 的異步 IO（AIO）支持是 2.6.22 才引入的丁侄，還有很多系統(tǒng)調(diào)用不支持異步 IO。Linux 的異步 IO 最初是為數(shù)據(jù)庫設(shè)計的朝巫，因此通過異步 IO 的讀寫操作不會被緩存或緩沖鸿摇，這就無法利用操作系統(tǒng)的緩存與緩沖機制。
很多人把 Linux 的 O_NONBLOCK 認為是異步方式劈猿，但事實上這是前面講的同步非阻塞方式拙吉。需要指出的是，雖然 Linux 上的 IO API 略顯粗糙揪荣，但每種編程框架都有封裝好的異步 IO 實現(xiàn)筷黔。操作系統(tǒng)少做事，把更多的自由留給用戶仗颈，正是 UNIX 的設(shè)計哲學佛舱，也是 Linux 上編程框架百花齊放的一個原因。
從前面 IO 模型的分類中挨决，我們可以看出 AIO 的動機：
同步阻塞模型需要在 IO 操作開始時阻塞應(yīng)用程序请祖。這意味著不可能同時重疊進行處理和 IO 操作。
同步非阻塞模型允許處理和 IO 操作重疊進行凰棉，但是這需要應(yīng)用程序根據(jù)重現(xiàn)的規(guī)則來檢查 IO 操作的狀態(tài)损拢。
這樣就剩下異步非阻塞 IO 了，它允許處理和 IO 操作重疊進行撒犀，包括 IO 操作完成的通知福压。
IO多路復用除了需要阻塞之外掏秩，select 函數(shù)所提供的功能（異步阻塞 IO）與 AIO 類似。不過荆姆，它是對通知事件進行阻塞蒙幻，而不是對 IO 調(diào)用進行阻塞。
有時我們的 API 只提供異步通知方式胆筒，例如在 node.js 里邮破，但業(yè)務(wù)邏輯需要的是做完一件事后做另一件事，例如數(shù)據(jù)庫連接初始化后才能開始接受用戶的 HTTP 請求仆救。這樣的業(yè)務(wù)邏輯就需要調(diào)用者是以阻塞方式來工作抒和。
為了在異步環(huán)境里模擬 “順序執(zhí)行” 的效果，就需要把同步代碼轉(zhuǎn)換成異步形式彤蔽，這稱為 CPS（Continuation Passing Style）變換摧莽。BYVoid 大神的continuation.js庫就是一個 CPS 變換的工具。用戶只需用比較符合人類常理的同步方式書寫代碼顿痪，CPS 變換器會把它轉(zhuǎn)換成層層嵌套的異步回調(diào)形式镊辕。
輸入圖片說明
輸入圖片說明
另外一種使用阻塞方式的理由是降低響應(yīng)延遲。如果采用非阻塞方式蚁袭，一個任務(wù) A 被提交到后臺征懈，就開始做另一件事 B，但 B 還沒做完揩悄，A 就完成了卖哎，這時要想讓 A 的完成事件被盡快處理（比如 A 是個緊急事務(wù)），要么丟棄做到一半的 B删性，要么保存 B 的中間狀態(tài)并切換回 A棉饶，任務(wù)的切換是需要時間的（不管是從磁盤載入到內(nèi)存，還是從內(nèi)存載入到高速緩存）镇匀，這勢必降低 A 的響應(yīng)速度照藻。因此，對實時系統(tǒng)或者延遲敏感的事務(wù)汗侵，有時采用阻塞方式比非阻塞方式更好幸缕。
3.1 blocking和non-blocking區(qū)別##
調(diào)用blocking IO會一直block住對應(yīng)的進程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel還準備數(shù)據(jù)的情況下會立刻返回晰韵。
3.2 synchronous IO和asynchronous IO區(qū)別##
在說明synchronous IO和asynchronous IO的區(qū)別之前发乔，需要先給出兩者的定義。POSIX的定義是這樣子的：
A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;
An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;
兩者的區(qū)別就在于synchronous IO做”IO operation”的時候會將process阻塞雪猪。按照這個定義栏尚，之前所述的blocking IO，non-blocking IO只恨，IO multiplexing都屬于synchronous IO译仗。
有人會說抬虽，non-blocking IO并沒有被block啊。這里有個非匙菥“狡猾”的地方阐污，定義中所指的”IO operation”是指真實的IO操作，就是例子中的recvfrom這個system call咱圆。non-blocking IO在執(zhí)行recvfrom這個system call的時候笛辟，如果kernel的數(shù)據(jù)沒有準備好，這時候不會block進程序苏。但是手幢，當kernel中數(shù)據(jù)準備好的時候，recvfrom會將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶內(nèi)存中忱详，這個時候進程是被block了弯菊，在這段時間內(nèi)，進程是被block的踱阿。
而asynchronous IO則不一樣，當進程發(fā)起IO 操作之后钦铁，就直接返回再也不理睬了软舌，直到kernel發(fā)送一個信號，告訴進程說IO完成牛曹。在這整個過程中佛点，進程完全沒有被block。
各個IO Model的比較如圖所示：
輸入圖片說明
通過上面的圖片黎比，可以發(fā)現(xiàn)non-blocking IO和asynchronous IO的區(qū)別還是很明顯的超营。在non-blocking IO中，雖然進程大部分時間都不會被block阅虫，但是它仍然要求進程去主動的check演闭，并且當數(shù)據(jù)準備完成以后，也需要進程主動的再次調(diào)用recvfrom來將數(shù)據(jù)拷貝到用戶內(nèi)存颓帝。而asynchronous IO則完全不同米碰。它就像是用戶進程將整個IO操作交給了他人（kernel）完成，然后他人做完后發(fā)信號通知购城。在此期間吕座，用戶進程不需要去檢查IO操作的狀態(tài)，也不需要主動的去拷貝數(shù)據(jù)瘪板。
簡單總結(jié)一下：
同步：主動猜是否準備好（光等或輪詢）
異步：服務(wù)員在菜準備好的時候通知你
阻塞：沒準備好之前什么事都不干
非阻塞：沒準備好之前干其他事
樓主舉的例子所說的同步跟阻塞一般是針對數(shù)據(jù)準備階段的吴趴。
所以最后的總結(jié)圖對應(yīng)的是：
阻塞I/O：同步阻塞
非阻塞I/O：同步（輪詢）非阻塞
I/O多路復用：同步阻塞（不過可以同時監(jiān)聽多個socket狀態(tài)，效率高了）
信號驅(qū)動I/O：異步非阻塞
異步I/O：真正意義上的異步非阻塞（上面的都只是數(shù)據(jù)準備階段侮攀，這個是數(shù)據(jù)準備和數(shù)據(jù)處理階段）
轉(zhuǎn)自：http://www.reibang.com/p/486b0965c296
