Linux 五种 IO 模型详解

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1. 阻塞式 IO（Blocking IO）

• 工作原理：进程调用 IO 函数（如 read()、write()）后，若数据未准备好，进程会被阻塞（挂起），直到数据准备完成才继续执行。

• 特点：最简单直观，编程模型简单，但当 IO 等待时，进程无法做其它事情，资源利用率低。

• 适用场景：小型程序或单线程程序，IO 操作较少。

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2. 非阻塞式 IO（Non-blocking IO）

• 工作原理：进程调用 IO 函数时，如果数据未准备好，IO 函数会立即返回一个错误（通常是 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），进程不会被阻塞。

• 特点：需要程序主动轮询（polling）IO 状态，编程较复杂，但进程不会被挂起，可以执行其它任务。

• 适用场景：需要避免进程挂起、且程序能有效管理轮询机制的场景。

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3. IO 复用（IO Multiplexing）

• 代表函数：select()、poll()、epoll()（Linux 特有）

• 工作原理：允许进程同时监视多个 IO 事件，内核会阻塞进程直到至少有一个 IO 事件准备就绪。

• 特点：

  • 支持同时处理大量 IO 连接

  • 程序不用忙等，资源利用率高

  • select 和 poll 有文件描述符数量限制和效率问题

  • epoll 支持大规模连接，性能更优

• 适用场景：服务器高并发网络编程，多路复用 IO。

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4. 信号驱动 IO（Signal-driven IO）

• 工作原理：进程注册一个信号（如 SIGIO），当对应的文件描述符可读或可写时，内核向进程发送信号通知，进程收到信号后执行信号处理函数。

• 特点：

  • 异步通知机制，避免轮询和阻塞

  • 复杂度较高，信号处理需注意安全性和重入性

• 适用场景：需要异步事件通知且能合理处理信号的程序。

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5. 异步 IO（Asynchronous IO, AIO）

• 工作原理：进程发起 IO 请求后，立刻返回继续执行其它任务，内核在后台完成 IO 操作，完成后通过信号、回调或轮询通知进程。

• 特点：

  • 最高效的 IO 模型，真正的异步执行

  • 编程复杂，API 支持有限，Linux 中 libaio 是常见实现

• 适用场景：对性能要求极高的高并发环境，大文件读写等。

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总结对比表

IO模型	是否阻塞	是否异步	编程复杂度	适用场景
阻塞IO	是	否	简单	小型或单线程程序
非阻塞IO	否	否	较复杂	需避免阻塞，轮询管理场景
IO复用	阻塞(内核)	否	中等	高并发网络服务器
信号驱动IO	否	是	复杂	异步事件通知场景
异步IO	否	是	很复杂	高性能异步IO场景

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如果你需要，我还能帮你写一段示例代码演示不同模型的用法，或者帮你理解哪个模型更适合某种具体需求。你觉得怎么样？

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