面試的時候也許你被問到過IO模型，可能你知道有五種，可是卻不一定能準確指出他們之間的關系，下面我們介紹下這五種IO模型

五種IO模型

阻塞IO

非阻塞IO

IO復用（select和poll）

信號驅動

異步IO（Posix.1 的 aio...系列函數）

備注

一個輸入操作一般分為兩個階段：

等待數據準備好

把數據從內核拷貝到進程

一個套接字的輸入操作，第一步是等待數據到達網絡，當分組到達時，它被拷貝到內核中的某個緩沖區(qū)，第二步是將數據從內核緩沖區(qū)拷貝到應用緩沖區(qū)

那我們來分別看下這五種IO模型

阻塞IO模型

阻塞IO是最通用的IO模型，使用該模型接收數據時，在數據沒有到之前程序會一直等待。例如函數recvfrom，內核會一直阻塞該請求直到有數據到才返回，如下圖所示：

如上圖所示，進程在調用recvfrom時，該系統(tǒng)調用直到數據到達且拷貝到應用緩沖區(qū)或出錯才返回。那阻塞的時間就是從調用recvfrom開始到返回的這段時間，當進程返回成功指示時，應用進程開始處理數據報。

非阻塞IO模型

當把套接字設置成非阻塞方式時，即通知內核：當請求的IO操作非得讓進程睡眠不能完成時，不要讓進程睡眠，而應返回一個錯誤，直到數據準備好，并將數據拷貝到應用緩沖區(qū)返回成功指示，進程調用結束。如下圖所示：

從圖中我們可以看出，進程會反復調用recvfrom，前三次調用一直沒有數據返回，因此立即返回一個EWOULDBLOCK錯誤，在第四次調用的時候，數據才準備好，并拷貝到了應用緩沖區(qū)，recvfrom返回成功指示，然后就時進程處理數據

當一個應用進程像這樣對一個非阻塞描述字循環(huán)調用recvfrom時，我們稱之為輪訓。應用進程連續(xù)不斷的查詢內核，驗證某操作是否準備好，這樣會極大的浪費CPU的時間

IO復用模型

IO復用模型支持調用select或poll，會阻塞在select或poll上，而不是阻塞于真正的IO系統(tǒng)調用。阻塞在select調用，等待數據報套接口可讀。當select返回套接口可讀條件時，再調用recvfrom將數據拷貝到應用緩沖區(qū)。如下入所示：

通過阻塞IO模型和IO復用模型的對比，我們發(fā)現(xiàn)由之前的一次系統(tǒng)調用變成了兩次系統(tǒng)調用，好像變差了，其實并沒有，select可以等待多個描述字準備好，同時select可以設置超時時間。

信號驅動IO模型

信號驅動IO是讓內核在描述字準備好時用信號SIGIO通知我們。首先允許套接口進行信號驅動IO，然后通過系統(tǒng)調用sigacation安裝信號處理程序。此系統(tǒng)調用立即返回，進程繼續(xù)工作，是非阻塞的。當數據報準備好被讀時，為該進程生成一個SIGIO信號，隨后在信號處理程序中調用recvfrom讀取數據報，并通知主循環(huán)數據已經準備好被處理或者通知主循環(huán)讓它來讀取數據報，如下圖所示：

異步IO模型

異步IO讓內核啟動操作，并在整個操作完成后（包括將數據從內核拷貝到用戶空間）通知我們。如下圖所示：

異步IO模型和信號驅動IO模型的主要區(qū)別是：信號驅動IO是由內核通知我們何時啟動IO操作，而異步IO是由內核通知我們IO操作何時完成

五種IO模型的對比

通過上面對五種IO模型的介紹，我們發(fā)現(xiàn)前四種IO模型的主要區(qū)別點在于第一階段，第二階段基本相同：在數據從內核拷貝到調用者的緩沖區(qū)時，進程阻塞在recvfrom調用。異步IO模型的兩個階段是和前四種不同的，對比如下圖所示：

我們發(fā)現(xiàn)五種IO模型沒有提到同步IO模型，卻提到了異步IO模型，這是為什么？

首先我們看下Posix對同步IO和異步IO的定義：

同步IO操作引起請求進程阻塞，直到IO操作完成

異步IO操作不引起請求進程阻塞

我們可以發(fā)現(xiàn)，根據上面的定義，前四種模式：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO多路復用模型和信號驅動模型，其實都屬于同步IO模型，因為他們四個都會經歷真正的IO操作（recvfrom）且阻塞了進程，只有異步IO模型與異步IO的定義匹配