Linux下socket的五种IO模型

1.      阻塞IO

Recv函数默认是阻塞的，直到对方发送过来的数据被填充到用户提供的接收缓冲区之后，才解除阻塞。Recv函数的接收缓冲区由用户提供（recv的形参）。

注意，对方发送过来的数据最先到达内核空间中的缓冲区，然后从内核空间拷贝到用户提供的用户态缓冲区（buffer），以供用户态程序使用。拷贝完成后recv函数就返回了。

从等待对方发送数据到接收数据，并把数据从内核空间复制到用户空间的这段时间内，recv函数是阻塞的。

 

2.      非阻塞IO

可用fcntl函数设置recv为非阻塞方式，具体的做法如下：

fcntl ( fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK ) ;

设置为非阻塞模式后，即使没有数据到来，recv函数也不会阻塞，而是立即返回-1，错误代码为EWOULDBLOCK。为了得到对方发送的数据，只能不停的判断recv返回值是否为-1，以及返回码是否为EWOULDBLOCK，直到数据到来，然后把数据从内核空间复制到用户态空间，复制完成后recv函数返回。

非阻塞IO模型的应用范围较窄，因为当数据没有到来时需要不断的循环测试recv的返回值和返回码，这会消耗CPU资源，于是把这种循环测试称作忙等待。

 

3.      IO复用

这种模式主要是通过select函数来实现的。用select函数来管理多个文件描述符，一旦检测到一个或多个文件描述有数据到来，select函数就返回，这时再调用recv函数就不会阻塞了，数据从内核空间拷贝到用户空间，recv函数返回。

阻塞的位置提前到select函数。

 

4.      信号驱动IO

在用户态程序安装SIGIO信号处理函数，可以用sigaction函数或者signal函数来安装自定义的信号处理函数。

用户态程序安装完信号处理函数后可以执行其他的操作。

一旦有数据到来，操作系统以信号的方式来通知用户态程序，用户态程序跳转到自定义的信号处理函数。

在信号处理函数中调用recv函数，接收数据。

数据从内核空间拷贝到用户态空间后，recv函数返回。

recv函数不会因为等待数据到来而阻塞。

这种方式使异步处理成为可能，信号是异步处理的基础。

 

5.      异步IO

异步IO的效率是最高的。

异步IO通过aio_read函数实现，aio_read提交请求，并递交一个用户态空间下的缓冲区。

即使内核中没有数据到来，aio_read函数也立刻返回，应用程序就可以处理其他的事情。

当数据到来后，操作系统自动把数据从内核空间拷贝到aio_read函数递交的用户态缓冲区。

拷贝完成以信号的方式通知用户态程序，用户态程序拿到数据后就可以执行后续操作。

异步IO和信号驱动IO的不同之处在于信号通知用户态程序时，异步IO已经把数据从内核空间拷贝到用户空间了，而信号驱动IO的数据还在内核空间，等着recv函数把数据拷贝到用户态空间。

异步IO主动把数据拷贝到用户态空间，主动推送数据到用户态空间，不需要调用recv方法把数据从内核空间拉到用户态空间。异步IO是一种推数据的机制，相比于信号处理IO拉数据的机制效率更高。

推数据时直接完成的，而拉数据时需要调用recv函数，调用函数会产生额外的开销，故效率低。

异步IO与Windows下的IOCP机制是一样的。