Linux网路编程系列-网络I/O模型

应用程序从网络中拿数据，要经历两个阶段：1、等待数据准备好-分组到达，被拷贝到内核缓冲区，组装数据报；2、数据从内核缓冲区拷贝至用户态应用程序的缓冲区。Unix下五个I/O模型：

阻塞I/O:

进程调用recvfrom，此系统调用直到数据报到达且拷贝到应用缓冲区（或出错）才返回。

非阻塞I/O：

应用程序调用recvfrom时无数据，内核立马返回错误；有数据，则拷贝数据到应用缓冲区。一般应用程序会循环调用recvfrom（轮询），不断查询内核数据是否准备好，浪费CPU。

I/O复用(select/poll/epoll，IO条件满足时获得通知)：

应用阻塞于select调用，等待数据报可读。当select返回套接口可读条件时，我们调用recvfrom将数据拷贝到应用缓冲区。I/O复用对阻塞IO的好处是可以等待多个描述字准备好。

信号驱动I/O(SIGIO)：

通过系统调用sigaction安装一个信号处理程序（注册信号），然后立即返回。数据报准备好时，内核生成SIGIO信号通知信号处理程序，信号处理程序调用recvfrom取回数据或者通知主循环自己来取数据。好处：半阻塞，数据到达之前，程序不阻塞，主循环可以继续执行，只是等待信号处理程序的通知（数据准备好或者数据报准备好读）。

异步I/O(Posix.1的aio_和lio_系列函数)：

与信号驱动模型的区别-信号驱动IO是由内核通知何时可以启动一个IO操作，而异步IO模型是由内核通知IO操作何时完成。我们调用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，并告诉内核整个操作完成时何时通知我们。此系统调用立即返回，进程不阻塞于等待IO完成。

异步IO很少使用，支持的系统较少。

I/O模型对比：

前4种I/O模型主要区别在第一阶段，第二个阶段基本相同（在数据从内核拷贝到应用程序缓冲区时，进程阻塞于recvfrom调用）。而异步I/O的两个阶段都不同于前4个模型。

同步I/O与异步I/O定义(Posix.1)比较：

同步I/O：同步I/O操作引起请求进程阻塞，直到I/O操作完成。前四个模型阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O复用模型和信号驱动型I/O模型都是同步I/O模型。

异步I/O：异步I/O操作不引起请求进程阻塞，因此只有两阶段都不阻塞的异步模型属于异步I/O。