图解I/O模型

什么是I/O?

I/O就是计算机内存和外部设备之间拷贝数据的过程。
  那么I/O模型主要解决的问题是什么呢？程序通过CPU，请求外部设备上的数据。而数据拷贝到内存里需要一定的时间，在这个时间里，程序是主动让出CPU时间?还是让CPU不断的去查数据是否是到了？
  I/O模型就是用来解决这个决策问题。

I/O的过程?

首先我们要明白。I/O通讯涉及到两个非常重要的对象。
  1.程序执行时的用户线程
  2.操作系统内核
  操作系统将进程的地址空间分为用户空间和内核空间，用户线程是没有办法从内核空间直接获取数据，需要将数据从内核空间拷贝到用户空间，再获取用户空间的数据。
  所以任何I/O模型，网路数据的读取都可以分为2部分。
  1.用户线程等待内核将网卡中的数据，拷贝到内核空间
  2.内核将数据从内核空间拷贝到用户空间。
  各个I/O模型的区别就是实现这两个步骤的方法不同

同步阻塞 I/O

用户线程发起read请求后就阻塞了，让出CPU，内核会等待网卡数据的到来，然后把数据拷贝到内核空间，从内核空间拷贝到用户空间，再唤醒用户线程。

同步非阻塞 I/O

用户线程不断发起read请求，数据没到内核空间时，每次都返回失败，直到数据到了内核空间，此时再调用read会阻塞，等待内核将内核空间的数据拷贝到用户空间，再唤醒用户线程。

I/O多路复用

这里把用户线程的读取操作分为了2步，线程先发送select调用，问内核是否将数据准备好了，等数据准备好了，用户线程再发起read调用，在等待数据从内核空间拷贝到用户空间这段时间里，线程仍是阻塞的，一次select请求可以向内核查询多个数据通道(channel)的状态，所以才叫多路复用

异步I/O

用户发起的read调用，会注册一个回调函数，read立即返回，等到内核将数据准备好后，调用回调函数完成处理，整个过程中，用户线程一直没有被阻塞