5种IO模型的图解分析和比较

Unix 5种IO模型的图解分析和比较

（转自http://blog.youkuaiyun.com/blueboy2000/archive/2009/08/26/4485874.aspx）

Unix下共有五种I/O模型

l         阻塞I/O

l         非阻塞I/O

l         I/O复用（select和poll）

l         信号驱动I/O（SIGIO）

l         异步I/O（Posix.1的aio_系列函数）

l         阻塞I/O模型

应用程序调用一个IO函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好。

如果数据没有准备好，一直等待。。。。

数据准备好了，从内核拷贝到用户空，IO函数返回成功指示。

在这种模式下，基本上IO操作都会用一个Work Thread来进行（Java）。

 

l         非阻塞I/O模型

我们把一个套接口设置为非阻塞就是告诉内核，当所请求的I/O操作无法完成时，不要将进程睡眠，而是返回一个错误。这样我们的I/O操作函数将不断的测试数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续测试，直到数据准备好为止。在这个不断测试的过程中，会大量的占用CPU的时间。

l         I/O复用模型

I/O复用模型会用到select或者poll函数，这两个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O所不同的是，这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作。而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。

目前Java只能支持到多路复用一级，在这种模式下，在一个线程里面以阻塞的模式监听连接，优点在于不用开过多的线程以阻塞的模式等待连接。

l         信号驱动I/O模型

 

首先我们允许套接口进行信号驱动I/O,并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

l         异步I/O模型

调用aio_read函数，告诉内核描述字，缓冲区指针，缓冲区大小，文件偏移以及通知的方式，然后立即返回。当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。

这个操作和信号驱动的区别就是：异步模式等操作完毕后才通知用户程序而信号驱动模式在数据到来时就通知用户程序。

几种I/O模型的比较

前四种模型的区别是第一阶段，第二阶段基本相同，都是将数据从内核拷贝到调用者的缓冲区。而异步I/O的两个阶段都不同于前四个模型。

同步I/O和异步I/O

a.同步I/O操作引起请求进程阻塞，直到I/O操作完成。异步I/O操作不引起请求进程阻塞。

b.我们的前四个模型都是同步I/O，只有最后一个异步I/O模型是异步I/O。

Java nio和多路复用

java 1.4 nio提供的select，这是一种多路复用I/O（multiplexed non-blocking I/O）模型，底层是使用select或者poll。I/O复用就是，阻塞在select或者poll系统调用的某一个之上，而不是阻塞在真正的I/O系统调用之上。JDK 5.0 update 9和JDK 6.0在linux下支持使用epoll，可以提高并发idle connection的性能（http://blogs.sun.com/alanb/entry/epoll）。

"BIO是指阻塞IO方式，即读和写必须为同步方式，NIO是指异步读，同步写的方式，AIO是指异步读，异步写的方式。
在网络协议上java对于TCP/IP和UDP/IP均支持，在网络IO的操作上，目前java仅支持BIO和NIO两种方式。"