目錄
1. 基本概念
- 同步：所謂同步，就是在發出一個功能調用時，在沒有得到結果之前，該調用就不返回。也就是必須一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。就是我調用一個功能，該功能沒有結束前，我死等結果。
- 異步：當一個異步過程調用發出後，調用者不能立刻得到結果。實際處理這個調用的部件在完成後，通過狀態、通知和回調來通知調用者。就是我調用一個功能，不需要知道該功能結果，該功能有結果後通知我（回調通知）。
- 阻塞：阻塞調用函數是指調用結果返回之前，當前線程會被掛起，函數只有在得到結果之後纔會返回。也許會把阻塞調用和同步調用等同起來，實際上他是不同的。對於同步調用來說，很多時候當前線程還是激活的，只是從邏輯上當前函數沒有返回而已。 例如，我們在socket 中調用 recv 函數，如果緩衝區中沒有數據，這個函數就會一直等待，直到有數據才返回。而此時，當前線程還會繼續處理各種各樣的消息。
- 非阻塞：非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能立刻得到結果之前，該函數不會阻塞當前線程，而會立刻返回。通過 select 或 poll 或 epoll 通知調用者。
同步與異步是對應的，它們是線程之間的關係，兩個線程之間要麼是同步的，要麼是異步的。
阻塞與非阻塞是對同一個線程來說的，在某個時刻，線程要麼處於阻塞，要麼處於非阻塞。
2. 五大 I/O 模型
阻塞 I/O（blocking I/O），非阻塞 I/O （nonblocking I/O），I/O 複用（I/O multiplexing）、信號驅動I/O （signal driven I/O (SIGIO)）、異步I/O （asynchronous I/O）。前4種是同步的後一種的異步的。
首先明白一個輸入操作通常包含兩個過程：等待數據準備好，從內核向進程複製數據。對於套接字上的輸入操作，第一步涉及等待數據從網絡中到達，被複制到內核中的某個緩衝區；第二步就是從內核緩衝區拷貝進應用進程緩衝區。
2.1 阻塞 I/O
進程會一直阻塞，直到數據拷貝完成。應用程序調用一個 IO 函數，導致應用程序阻塞，等待數據準備好。 如果數據沒有準備好，一直等待….數據準備好了，從內核拷貝到用戶空間,IO 函數返回成功指示。
阻塞I/O模型圖：在調用recv()/recvfrom() 函數時，發生在內核中等待數據和複製數據的過程。
2.2 非阻塞 I/O 模型
非阻塞IO通過進程反覆調用IO函數（輪詢，多次系統調用，並馬上返回）。我們把一個SOCKET 接口設置爲非阻塞就是告訴內核，當所請求的I/O操作無法完成時，不要將進程睡眠，而是返回一個錯誤（EWOULDBLOCK）。這樣我們的 I/O 操作函數將不斷的測試數據是否已經準備好，如果沒有準備好，繼續測試，直到數據準備好爲止。在這個不斷測試的過程中，會大量的佔用CPU的時間。
一個非阻塞模式套接字多次調用 recv() 函數的過程。前三次調用 recv() 函數時，內核數據還沒有準備好。因此，該函數立即返回 EWOULDBLOCK 錯誤代碼。第四次調用 recv() 函數時，數據已經準備好，被複制到應用程序的緩衝區中，recv() 函數返回成功指示，應用程序開始處理數據。
2.3 I/O 複用模型
能實現同時對多個IO端口進行監聽。調用阻塞在系統調用selcte上，而不是在 recv 真正的 IO 調用上面，內核數據準備好了，通知應用程序，然後調用 recv 將數據從內核空間拷貝到用戶空間處理。
2.4 信號驅動式 I/O 模型
使用信號，讓內核在描述符準備就緒的時候發送 SIGIO 信號通知我們，然後在信號回調函數裏面，將數據拷貝到用戶空間。
這種模型的優勢在於等待數據報到達期間進程不被阻塞。主循環可以繼續執行，只要等待來自信號處理函數的通知。
2.5 異步 I/O 模型
告知內核啓動某個操作，並讓內核在整個操作(包括將數據從內核複製到我們自己的緩衝區）完成後通知我們。這種模型與信號驅動模型的主要區別在於信號驅動式 I/O 是由內核通知我們何時可以啓動一個 I/O 操作，而異步 I/O 模型是由內核通知我們 I/O 操作何時完成。
3. 5大 I/O 模型比較
前4種模型的主要區別在於第一階段，因爲它們的第二階段是一樣的：在數據從內核複製到調用者的緩衝區期間，進程阻塞於 recvfrom 調用。相反，異步 I/O 模型在這兩個階段都要處理，從而不同於其他4種模型。
前4種模型一一阻塞式 I/O 模型、非阻塞式 I/O 模型、 I/O 複用模型和信號驅動式 I/O 模型都是同步 I/O 模型，因爲其中真正的 I/O 操作 (recvfrom) 將阻塞進程。只有異步 I/O 模型與 posrx定義的異步 I/O 相匹配。