5種網絡I/O模型

IO發生時涉及的對象和步驟：

對象：

對于一個網絡IO，涉及到了兩個對象，一個是進程，另一個是系統內核。當一個read發生時，會進行一下步驟

步驟：

1. 數據的準備（即等待）

2. 將數據從內核拷貝到應用進程中

   
   

幾種I/O模型的區別一般就在以上兩個階段有所不同

下面介紹了5種不同的I/O模型：

阻塞IO

非阻塞IO

多路復用IO

信號驅動IO

異步IO

以上5中IO中，前4種為同步IO，第5種為異步IO

1. 阻塞IO

  在linux中，默認的socket都是阻塞的

  一個典型的讀操作的流程大概是這樣的：

  當用戶進程調用recv/recvfrom系統調用時，會檢查內核接收緩沖區是否準備好了數據，對于網絡IO 來說，很多時候數據在一開始的時候還沒有到達，所以進程會阻塞等待，直到內核緩沖區數據準備好了（對UDP來說要收到一個完整的數據報），內核就把數據拷貝到用戶緩沖區，然后內核返回結果。   

     所以，阻塞IO的特點就是在IO執行的兩個階段都被block了

2. 非阻塞IO

  在linux中，socket可以通過參數被設置為非阻塞的

  同樣，一個典型的阻塞讀操作的流程大是這樣的：

  當調用recv/recvfrom系統調用時，檢查內核是否準備好了數據，如果沒有就直接返回一個error，并 不會阻塞等待數據，用戶可以循環調用recv/recvfrom，這樣的話，如果內核一直沒有準備好數據， 函數就會一直返回一個error，直到數據準備好，才會把數據拷貝到用戶緩沖區，并返回

      所以，用戶進程其實是需要不斷的主動詢問內核數據好了沒有。

3. 多路復用IO

  系統提供select函數和epoll來實現多路復用輸入/輸出模型,select/epoll可以用單個進程來處理多個網絡接口的IO，它的基本原理就是這兩個函數會不斷的輪詢它所負責的所有socket，當有任何一個   socket收到數據就會返回通知用戶，此時用戶調用recv/recvfrom，將數據從內核拷貝到用戶內存用戶進程其實也是一直被阻塞的，但和阻塞IO不同，該方式是select函數進行阻塞，而阻塞IO是recv函數進行阻塞，另外，select的優勢是可以同時處理多個連接

4. 信號驅動IO

  使用信號驅動I/O時，當網絡套接字可讀后，內核通過發送SIGIO信號通知應用進程，于是應用可以開 始讀取數據。該方式并不是異步I/O，因為實際讀取數據到應用進程緩存的工作仍然是由應用自己負責的。 

5. 異步IO

  當用戶進程發起一個read操作后，內核收到該read操作后，首先它會立刻返回，所以不會對用戶進程 阻塞，然后它會等待數據的準備完成，再把數據拷貝到用戶內存，完成之后，它會給用戶進程發送一個信號，告訴用戶進程read操作完成了

下面來思考這兩個問題：

1.阻塞IO與非阻塞IO的區別：

調用阻塞IO的時候進程會一直阻塞直到數據準備好，并且拷貝完成才解除阻塞

而非阻塞IO不會阻塞對應進程，盡管數據還沒準備好，也會立刻返回

2.同步IO與異步IO的區別：

兩者的區別在于，同步IO在IO操作的時候會阻塞，這里的IO操作是真正意義上的IO操作，也就是非阻塞IO中的recv/recvfrom系統調用，當內核準備好數據后，recvfrom會將數據從內核拷貝到用戶中，這段時間內，進程是被阻塞的。

而異步IO則不一樣，當進程發起IO操作后，就直接返回，剩下的工作全部交給內核來完成，知道內核給用戶進程發送一個信號告訴它IO完成，整個過程中進程沒有被阻塞

非阻塞IO和異步IO：

在非阻塞IO中，雖然進程大部分時間都不會被阻塞i，但是它仍然要求進程去主動的check，并且當數據準備完成以后，也需要進程主動的再次調用recvfrom來將數據拷貝到用戶內存。而異步IO則完全不同。它就像是用戶進程將整個IO操作交給了他人（內核）完成，然后他人做完后發信號通知。在此期間，用戶進程不需要去檢查IO操作的狀態，也不需要主動的去拷貝數據。

《完》