I/O模型

        线程在执行中如果遇到磁盘读写或网络通信（统称为I/O 操作），通常要耗费较长的时间，这时操作系统会剥夺这个线程的CPU 控制权，使其暂停执行，同时将资源让给其他的工作线程，这种线程调度方式称为 阻塞。当I/O 操作完毕时，操作系统将这个线程的阻塞状态解除，恢复其对CPU的控制权，令其继续执行。这种I/O 模式就是通常的同步式I/O（Synchronous I/O）或阻塞式I/O （Blocking I/O）。   相应地，异步式I/O （Asynchronous I/O）或非阻塞式I/O （Non-blocking
I/O）则针对所有I/O 操作不采用阻塞的策略。当线程遇到I/O 操作时，不会以阻塞的方式等待I/O 操作的完成或数据的返回，而只是将I/O 请求发送给操作系统，继续执行下一条语句。当操作系统完成I/O 操作时，以事件的形式通知执行I/O 操作的线程，线程会在特定时候处理这个事件。为了处理异步I/O，线程必须有事件循环(轮询)，不断地检查有没有未处理的事件，依次予以处理。

        我们姑且的认为同步和阻塞是一个意思，异步和非阻塞是相同的，(其实这是他们是有区别的，下面可以看到)。

        对于一个IO操作，例如read操作，它大体上会经历两个阶段：

       1.数据准备阶段，由recvfrom这个系统调用开始；

       2.数据拷贝阶段，即数据从OS内核拷贝到进程中去。
        我们就以这两个阶段的read操作来说明各种I\O模型。

1.阻塞I/O（同步）模型：



        当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据。用户进程整个进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了，即：进程会一直阻塞，直到数据拷贝完成。

2.非阻塞I/O模型



        用户进程一旦启动了I/O系统调用，便一直轮询。kernel不管准没准备好数据，调用马上返回，而用户线程可以做别的工作，返回时，若kernel没有准备好数据，则返回一个错误码，若准备好数据，则开始拷贝数据，在数据拷贝的过程中进程是阻塞的。非阻塞IO的特点是通过进程反复调用IO函数（多次系统调用，并马上返回）（轮询）；在数据拷贝的过程中，进程是阻塞的。

3.异步I/O模型



        用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。异步IO的特点是：整个数据拷贝的过程进程无需阻塞。

除了以上几种I/O模型,典型的I/O模型还有：

4.I/O复用模型(select,poll和epoll系统调用)



         这几个系统调用函数本身是阻塞的，即调用他们的用户线程会在系统调用返回前阻塞，和阻塞I/O模型相比本身没有优越性，但是该模型可以同时监听多个I/O端口(文件描述符)。它的主要特点是:对一个IO端口，两次调用，两次返回，比阻塞IO并没有什么优越性；关键是能实现同时对多个IO端口进行监听。

5.信号驱动I/O



       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。即在数据准备阶段不阻塞，在数据拷贝阶段进程阻塞。

总结：五种I/O模型的特点总结：