預備知識1： 用戶空間和內核空間
- 虛擬存儲器
- 以32位操作系統爲例， 能訪問的內存最大爲4G
- 以32位操作系統爲例， 能訪問的內存最大爲4G
- 0–3G 虛擬地址分配給各個用戶進程（用戶空間）
- 每個進程都有3G的虛擬地址空間
- 3–4G 虛擬地址分配給操作系統核心和驅動程序（內核空間）
- 用戶空間和內核空間不能用指針來傳遞數據（）
注意：
- Linux 操作系統和驅動程序運行在內核空間，應用程序運行在用戶空間，兩者不能簡單地使用指針傳遞數據，因爲Linux使用的虛擬內存機制，用戶空間的數據可能被換出，當內核空間使用用戶空間指針時，對應的數據可能不在內存中。用戶空間的內存映射採用段頁式，而內核空間有自己的規則。
- 32位系統用戶進程最大可以訪問3GB，內核代碼可以訪問所有物理內存。
- 64位系統用戶進程最大可以訪問超過512GB，內核代碼可以訪問所有物理內存。
- 用戶態的程序就不能隨意操作內核地址空間裏的數據，具有一定的安全保護作用；於此同時，在實時性方面稍微有所犧牲。也要就是說，只要內核代碼沒有問題，用戶空間程序的錯誤和BUG一般來說不會導致系統崩潰，提高了系統的健壯性。
內核態與用戶態：
（1）當一個任務（進程）執行系統調用而陷入內核代碼中執行時，稱進程處於內核運行態（內核態）。比如進行文件訪問
（2）當進程在執行用戶自己的代碼時，則稱其處於用戶運行態（用戶態）。
預備知識2： I/O模式
緩存I/O
- 數據會先被拷貝到操作系統內核的緩衝區中，然後纔會從操作系統內核的緩衝區拷貝到應用程序的地址空間。
進程讀取數據的兩個階段
- 等待內核數據準備
- 將數據從內核拷貝到進程中
假設我們有個進程，建立了一個socket , 從服務器讀取數據， 那數據從網絡到達時， 先被讀取到內核的緩衝區， 然後再複製到進程的緩衝區
預備知識3： 進程狀態和阻塞
什麼時候會阻塞？ 進程正在運行， 需要從硬盤， 網絡等地方讀取數據， 由於IO操作很慢， 進程會被放到阻塞隊列中等待。
IO模型
由於數據的讀取分爲兩個階段，所以IO讀取分爲若干種模式下面的圖是從《Unix網絡編程》書中截取出來的圖片，我認爲這幾張圖很好的解釋了這幾種IO模型的特點。
同步阻塞型IO
最常用的I/O模型就是阻塞I/O，缺省的情況下所有文件的操作都是阻塞的。以模型Socket爲例， 進程被阻塞， 直到數據從內核空間複製到用戶空間，在此期間一直會等待。
注意 Socket與數據報（UDP）的區別：前者概念更寬泛，包括後者再加上TCP
同步非阻塞型IO
當進程調用recvFrom的時候， 系統不把進程置爲阻塞狀態，相反，而是返回一個標誌符。 這樣進程就可以反覆輪詢內核，詢問數據準備好了沒有， 這樣會耗費大量CPU時間。
異步IO
進程告知內核啓動某個操作，並讓內核完成以後通知進程。
IO複用模型
進程告訴內容： 我這裏有100多個（假設）socket， 你幫我看看哪一個可以讀了， 然後告訴我， 哪一個socket 好了， 我就會發起receiveFrom調用。本質上IO複用模型也是同步阻塞型IO，但是它與同步阻塞型IO的區別是它可以管理很多socket。
應用場景：當需要同時處理多個客戶端接入請求時，可以利用多線程或者I/O多路複用技術進行處理。I/O多路複用技術通過把多個I/O的阻塞複用到同一個select的阻塞上，從而使得系統在單線程的情況下可以同時處理多個客戶端請求。與傳統的多線程/多進程模型相比較，I/O多路複用模型的最大優勢是系統開銷小，系統不需要創建新的額外進程或線程，也不需要維護這些進程和線程的運行。
- 服務器需要同時處理多個監聽狀態或者多個連接狀態的套接字（Socket）
各種IO模型的對比
總結
- 操作系統中的很多概念是關聯的， 例如你理解了虛擬存儲器， 纔有可能理解用戶空間，內核空間， 然後才能真正理解阻塞，非阻塞， 異步，同步
- 將數據從內核複製到用戶空間都是阻塞的，所謂非阻塞就是等待數據是非阻塞的
- 程序（進程）阻塞後，CPU不會分配時間片給改程序運行。
問題：
- 爲什麼異步IO不能完全取代阻塞IO？
阻塞IO有存在的道理，你想一個業務場景下，必須要某一 步的IO操作完成才能進行後面的任務，後面的所有的操作都建立在這個IO完成上。在這種情況下你就得用阻塞IO 了 。
