I/O介紹
I/O通常有內存IO、網絡I/O、磁盤I/O等，但我們通常說的是網絡I/O以及磁盤I/O。網絡I/O：本質是socket讀取
每次I/O請求，都會有兩個階段組成： 第一步：等待數據，即數據從磁盤到內核內存；將數據從磁盤文件先加載到內核內存空間（緩衝區），等待數據準備完成，時間較長。第二步：複製數據，即數據內核內存到進程內存；將數據從內核緩衝複製到用戶空間的進程內存中，時間較短。
Web請求處理過程
1.客戶端發起情況到服務器網卡2.服務器網卡接受到請求後轉交給內核處理3.內核根據請求對應的套接字，將請求交給工作在用戶空間的Web服務器進程4.Web服務器進程根據用戶請求，向內核進行系統調用，申請獲取相應資源（如：客戶端獲取圖片）5.內核發現Web服務器進程請求的是一個存放在本地硬盤上的資源，因此通過驅動程序連接磁盤6.內核調用磁盤，獲取需要的資源7.內核將資源存放在自己的緩存區中，並通知Web服務器進程8.Web服務器進程通過系統調用取得資源，並將其複製到進程自己的緩衝區中9.Web服務器進程形成響應，通過系統調用再次發給內核以響應請求10.內核將響應發送至網卡11.網卡發送響應給用戶
通過這樣的一個複雜過程，一次請求就完成了
簡單來說就是：
用戶請求——》送達用戶空間——〉系統調用——》內核空間——〉內核到磁盤上讀取圖片資源——》返回到用戶空間——〉響應給用戶
上述簡單的說明了一下，客戶端向Web服務器請求過程，在這個過程中，有兩個I/O過程：一是客戶端請求的網絡I/O，二個是Web服務器請求圖片磁盤I/O。
I/O模型名詞介紹
說到I/O模型，都會牽扯到同步、異步、阻塞、非阻塞這幾個詞，以下講解這幾個詞的概念。
阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞指的是執行一個操作時等操作結束再返回結果，還是馬上返回結果。
阻塞（blocking）：指IO操作需要徹底完成後才返回到用戶空間，調用結果返回之前，調用者被掛起（當前線程進入非可執行狀態，在這個狀態，CPU不會分配時間片，線程暫停運行）只有到到結果才進入活動狀態；
阻塞例子：海底撈的服務器爲你點菜，當你點完菜後，服務員把消息傳到後廚，這時你就在餐桌上等待，直到廚師把湯鍋和配菜都準備好以後送到你桌上，你才能開喫。在上菜的過程中你還不能離開，因爲你離開了之後服務員上菜了卻找不到你人，所以你就是能等待，這個時候你處於阻塞等待狀態，就是前面說的，你是調用者，你被掛起了，進入了非可執行狀態。
非阻塞（nonblocking）：指I/O操作被調用後立即返回給用戶一個狀態值，無需等到I/O操作徹底完成，最終的調用結果返回之前，調用者不會被掛起；
非阻塞例子：海底撈的服務器爲你點菜，當你點完菜後，服務員把消息傳到後廚，過了三分鐘，你跑到後廚問，我的鍋底或者肥牛卷好了沒有？後廚說沒好，然後你去處理其它事情，然後又過了五分鐘，你又跑到後廚問，我的某個菜好了沒有，如果沒有，你還是繼續做其他事情，然後等會再問一次，這個時候就是在I/O操作的同時，你沒有被掛起，可以操作其他事情，但是如果I/O操作完成，你需要立馬接受。
同步和異步
同步/異步關注的是消息通信機制
同步（synchronous）：調用者等待被調用者返回消息，才能繼續執行。同步阻塞例子：去餐館喫飯，點了一個蓋澆飯，然後在餐桌上一直等到蓋澆飯做好，自己端到餐桌就餐。這就是典型的同步阻塞。當廚師給你做飯的時候，你需要一直在那裏等着。
同步非阻塞例子：去餐館喫飯，點了一個蓋澆飯，你點完飯之後，過了幾分鐘感覺時間差不多了，就去問老闆飯做好了沒有，如果好了就去端，如果沒好等一會再去問，實時同步做飯進度，依次循環去問直到飯做好，這就是同步非阻塞。 異步（asynchronous）：被調用者通過狀態、通知或回調機制主動通知調用者被調用者的運行狀態。
I/O模型類型
IO模型分爲以下五類
1.阻塞型：所有過程全阻塞2.非阻塞型：如果沒有數據buffer，則立即返回EWOULDBLOCK3.I/O複用型（select和poll）：在wait和copy階段分別阻塞4.信號驅動型I/O（SIGIO）：在wait階段不阻塞，但copy階段阻塞（信號驅動I/O），即通知5.異步I/O（AIO）：完全無阻塞方式，當I/O完成時提供信號
阻塞I/O
說明：應用程序調用一個IO的recvfrom函數，會導致應用程序阻塞，進入阻塞狀態後直到I/O操作結束纔會返回；如果系統內核數據沒有準備好，那就一直等待數據準備，因爲是調用了recvfrom函數導致了應用程序阻塞，所以一直在等，做不了任何事情，內核數據準備好之後把數據從內核拷貝到用戶空間，拷貝結束後，I/O函數返回成功指示。注：其阻塞時在I/O操作階段
非阻塞I/O
說明：用戶線程發起IO請求時立即返回。但並未讀取到任何數據，則返回字段爲“EWOULDBLOCK”，用戶線程需要不斷地發起IO請求，直到數據到達後，才真正讀取到數據，繼續執行。即“輪詢”機制。整個IO請求過程中，雖然用戶線程每次發起IO請求後可以立即返回，但是爲了等到數據。仍需要不斷地輪詢、重複請求、消耗了大量的CPU資源；是比較浪費CPU的方式，一般很少用這種模型，而是在其他模型中使用非阻塞IO這一特性。
I/O複用（select和poll）
說明：I/O複用模型會用到select或poll函數，在I/O複用模型中，並不是阻塞到I/O操作過程中，而是阻塞到select或者poll函數中；以select爲例：進程在select處阻塞，等待幾個描述符中的一個變爲可操作，如果沒等待到就繼續阻塞在第一階段，如果等到了一個描述符變爲了可操作，則調用recvfrom函數將數據拷貝到應用緩衝區。
信號驅動I/O（SIGIO）
說明：首先，我們允許套接口進行信號驅動I/O，並安裝一個信號處理函數SIGIO，如果數據沒有準備好，則立即返回結果，進程繼續工作並不阻塞。當數據準備好時，系統內核會主動發送一個SIGIO信號給應用程序，應用程序收到信號後，可以在信號處理函數中調用I/O操作函數recvfrom進行數據處理。信號驅動I/O模型的優點是當數據報到達時，可以不阻塞，主循環可以繼續執行，只是等待處理程序的通知，或者數據已經準備好被處理，或者數據報已經準備好被讀了。
異步I/O（AIO）
說明：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通知來告訴調用者的輸入輸出操作。用戶可以直接對I/O執行讀寫操作，這些操作告訴內核用戶讀寫緩衝區的位置，以及I/O操作完成之後內核通知應用程序的方式，就是上面講的通過狀態通知或者回調通知來告訴調用者。異步I/O的讀寫操作總是立即返回，但沒有返回結果說是否阻塞，因爲異步I/O操作真正的讀寫操作已由內核接管，內核自己對數據處理完成後生成一個信號，然後通知用戶剛纔交給自己的事件已經處理完成。
五種I/O模型的總結及比較
中文圖示如下：
英文圖示如下：
從兩張圖中我們可以看到，越往後，阻塞越少，理論上效率也是最優。其中五種I/O模型中，前三種屬於同步I/O，後兩者屬於異步I/O。
同步I/O
阻塞I/O 非阻塞I/O I/O複用（select和poll）
異步I/O
信號驅動I/O（SIGIO） 半異步 異步I/O（AIO） 全異步
異步I/O和信號驅動I/O的區別
信號驅動I/O模式下，內核可以複製的時候通知給我們應用程序發送SIGIO信號。異步I/O模式下，內核在所有的操作由內核操作完成後纔會通知我們的應用程序。
參考來源：
https://blog.csdn.net/wscdylzjy/article/details/45748153