五种IO模型

IO

IO：数据的读取或写入操作。

通过完整的IO分两个阶段： 用户进程空间到内核空间的转换； 内核空间到设备空间的转换。因为在Linux系统下，进程无法直接操作IO设备，必须通过内核协助。除此之外内核为每个IO设备提供缓冲区，以提高IO效率。

任何的IO都分为两个步骤：等和数据拷贝。即等待用户进程请求数据到达内核空间，从内核空间将数据拷贝到用户进程空间。

五种IO模型：

  同步IO：

• 阻塞IO
• 非阻塞IO
• 信号驱动IO
• IO多路转接

  异步IO

同步IO：用户进程需要从设备取数据，发送IO调用后，经过内核缓冲区同步，待数据准备好后，从内核空间复制数据到用户进程空间。而在拷贝数据期间，进程是阻塞的，直到IO操作完成。

异步IO：用户发出IO调用后，内核在数据准备好后直接将其复制到进程空间，此过程进程不会阻塞。

所以同步与异步区别就是：调用者在数据到来时，是否处于阻塞等待状态。

阻塞IO

在内核数据准备好之前，系统调用会一直阻塞。

特征：

• 进程阻塞挂起不消耗CPU资源，及时响应每个操作；
• 实现简单
• 适用于并发量小且及时处理的应用开发。由于每次为每个请求分配一个进程去处理，增加系统开销，所以适合并发量小的。

 

非阻塞IO

若内核中请求数据未准备好，系统调用直接返回，并返回EWOULDBLOCK错误码。

特征：

• 进程轮询调用，消耗CPU；
• 实现难度较低；
• 适用于并发量小且不需要及时响应的应用开发。

 

信号驱动IO

内核将数据准备好时，会通过SIGIO信号通知应用程序进行IO。

 

特点：回调机制，实现难度大。

 

IO多路转接

其过程类似于阻塞IO，但它能同时等待多个文件描述符就绪状态。

 

特征：

• 可以处理多个进程IO阻塞问题，性能好；
• 适用于高并发的应用开发：一个进程响应多个请求。

 

异步IO

有内核在数据拷贝完成时，通知应用进程

与信号驱动不同的是：信号驱动是通知进程可以开始拷贝数据。而异步IO是内核将整个IO处理完后，通知进程结果，若IO成功则进程直接获取数据。

特点：

• 不阻塞，数据直接交给进程；
• 实现难度大；
• 适合高性能高并发应用开发。