一、什麼是IO
我們知道Linux下一切皆文件，那麼怎麼樣對這些文件進行有效的管理呢，那麼文件描述符應運而生，文件描述符是Linux下抽象出的一種標識文件的概念或者術語。它是一個非負整數。Linux下通過一個文件描述符集合來映射管理所有文件。I/O呢？I/O（input/output），即輸入和輸出端口，操作系統每一個設備都有一個專有的I/O地址用來處理輸入輸出信息。CPU與外部設備之間的通信連接和數據交換都需要通過I/O地址來實現。Linux內核將所有外部設備都看作一個文件來操作，應用程序通過調用文件操作的系統調用來與內核進行交互，來實現設備的訪問和操作。Linux下I/O操作又分爲Linux系統提供的I/O方法和C接口提供的I/O操作方法，兩者區別在於C標準在用戶空間進行了一層封裝，基於流式的操作方法，通過在用戶空間創建緩衝區來減少系統調用的次數來提高效率。在Linux的緩存I/O機制中，操作系統會將I/O的數據緩存在文件系統的page cache中，數據會先被拷貝到page cache中，操作系統定時將page cache中的數據刷新到磁盤。
二、阻塞和非阻塞、同步和異步
1.同步和異步
這兩個概念與消息的通知機制有關。
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。比如，調用readfrom系統調用時，必須等待IO操作完成才返回。
異步
異步的概念和同步相對。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。比如：調用aio_read系統調用時，不必等IO操作完成就直接返回，調用結果通過信號來通知調用者。
2.阻塞與非阻塞
阻塞與非阻塞與等待消息通知時的狀態有關。
阻塞
阻塞調用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。
阻塞和同步是完全不同的概念。首先，同步是對於消息的通知機制而言，阻塞是針對等待消息通知時的狀態來說的。而且對於同步調用來說，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。
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，並設置相應的errno。
雖然表面上看非阻塞的方式可以明顯的提高CPU的利用率，但是也帶了另外一種後果就是系統的線程切換增加。增加的CPU執行時間能不能補償系統的切換成本需要好好評估。
事例
以小明下載文件爲例，對上述概念做一梳理：
①、同步阻塞：小明一直盯着下載進度條，到 100% 的時候就完成。
同步：等待下載完成通知；
阻塞：等待下載完成通知過程中，不能做其他任務處理；
②、同步非阻塞：小明提交下載任務後就去幹別的，每過一段時間就去瞄一眼進度條，看到 100% 就完成。
同步：等待下載完成通知；
非阻塞：等待下載完成通知過程中，去幹別的任務了，只是時不時會瞄一眼進度條；【小明必須要在兩個任務間切換，關注下載進度】
③、異步阻塞：小明換了個有下載完成通知功能的軟件，下載完成就“叮”一聲。不過小明仍然一直等待“叮”的聲音（看起來很傻，不是嗎）。
異步：下載完成“叮”一聲通知；
阻塞：等待下載完成“叮”一聲通知過程中，不能做其他任務處理；
④、異步非阻塞：仍然是那個會“叮”一聲的下載軟件，小明提交下載任務後就去幹別的，聽到“叮”的一聲就知道完成了。
異步：下載完成“叮”一聲通知；
非阻塞：等待下載完成“叮”一聲通知過程中，去幹別的任務了，只需要接收“叮”聲通知。
三、五種IO模型
1、阻塞 I/O
2、非阻塞 I/O
3、I/O 多路複用
4、信號驅動 I/O（ SIGIO）
5、異步 I/O
一般來說，程序進行輸入操作有兩步：
1．等待有數據可以讀
2．將數據從系統內核中拷貝到程序的數據區。
五種Linux IO模型詳解(https://blog.csdn.net/z_ryan/article/details/80873449)