IO模式 select、poll、epoll

阻塞(blocking)、非阻塞（non-blocking）：最常听到阻塞与非阻塞这两个词就是在函数调用中，比如waitid这个函数，通过NOHANG参数可以把waitid设置为非阻塞的，也就是问询一遍子进程，看看有没有可回收子进程，如果没有，直接返回不等待，而如果不设置NOHANG，waitid会一直问询子进程，直到有一个可回收子进程再返回，也就是说如果没有子进程可回收，waitid会一直阻塞在这条函数调用上，后面的操作就无法执行。如果把函数调用笼统的规划到一个事件的执行，那么阻塞与非阻塞的区别就是 是否仅仅只等待事件完成（事件返回）才进行下一步操作。比如 烧开水这个例子（参考资料中有提到），如果人从水壶开始烧水到水烧开这段时间一直在水壶前等待烧水，这就是阻塞，如果人比较聪明，在水壶烧水的过程中，人去看电视了或者干其他事情了，这就是不阻塞的，但是在这种情况下，人想要知道水是否烧开了，只能隔一段时间去看一下水壶“烧开了没有？”，这个隔一段时间去看一下的方法 就是 轮询。所以，再回到waitid这个例子，我们设置NOHANG参数的时候，一般都要在waitid上加一个用于轮询的循环。

同步(synchronous)、异步(asynchronous)：同步和异步，一开始看很容易把同步和阻塞的概念混淆在一起，我倾向于将同步理解为一种现象，而阻塞/非阻塞作为这个现象中的某种状态存在。同步和异步的区别，参考资料中的说法我觉得虽然把同步异步区别说出来了，但是同步和阻塞还是很容易混淆。那我再对烧开水这个例子重写一下以供参考，水壶分为 普通水壶 和 智能水壶，普通水壶需要人手工操作，需要人判断水是否烧开，水烧开了需要人把水壶从火上拿下来（不然会溢出来），而智能水壶提供两个作用，水烧开后自动关火并且发出响声提示人水已经烧好。烧开水就分为了两个过程，等待水开和拿开水壶，首先说同步和异步，同步就是使用普通水壶烧水，水烧开后需要人主动拿开水壶，而等待水烧开的这个过程可以是阻塞（站那等）的和非阻塞（看电视轮询）的，整个操作需要人的全程参与；异步就是使用智能水壶烧水，等待水开的过程人可以干任何事（即异步本身就是非阻塞的，所以异步并不区分阻塞/非阻塞）并且人不用关心水是否烧开（敲重点），水烧开后，智能水壶会发出响声提示人（发出信号），这完成了等待水开这第一过程，紧接着，智能水壶会自动关火，这代替了人拿开水壶的这个动作完成了第二过程。可以发现，同步整个过程需要人全程参与，而异步整个过程是两个“人”在做，一个“人”就是这个智能水壶，一个人就是始终在做其他事的人，这个人将烧开水这件事托管给了智能水壶由智能水壶完成一切过程，最后提示人完成了。因此，判断同步只需要看，事件的监管和完成方是不是事件发起者即可。

在接下来即将要说到的IO操作中，异步IO就是进程将IO操作完全交由内核控制，由内核中的DMA控制器完成全部IO操作并在完成后通过信号提示进程IO操作已完成，这也是两个“人”的事情，进程将IO托管给DMA控制器，而进程又可以干其他的事，二者在不同的事件上各自执行操作，是并行的。

IO模式：

比如对于一个read操作发生时,它会经历下面两个阶段:

A, 等待数据准备,数据是否拷贝到内核缓冲区;

B, 将数据从内核拷贝到用户进程空间

如果把这两个阶段对应到前文中我写的烧开水的两个过程中，对于下面的几种IO模式就容易理解的多。

《Unix网络编程卷1：套接字联网API》（即UNP）中第六章对unix 系统将IO模型分为五类：阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动，异步IO。

1、阻塞IO：A阶段阻塞等待，进程调用recvfrom询问内核数据是否准备好，直到数据准备好再返回。（注意：由内核监听数据，进程询问内核数据是否准备好）

2、非阻塞IO：A阶段非阻塞等待，即采用轮询机制（即进程不断的询问内核数据是否准备好（不断调用recvfrom），这么做往往消耗大量CPU时间）判断数据是否拷贝到内核缓冲区。

3、IO复用：IO复用技术是对阻塞IO的改进，首先非阻塞大量消耗CPU，不予考虑。在数据准备阶段，内核监听一个IO也好，监听一群IO也好，都在监听，因此复用，就是内核同时监听进程的多个IO操作，在进程询问时返回有数据到来的IO。此时进程不是阻塞在recvfrom上，而是阻塞在IO复用系统调用——select、poll、epoll上，这几个系统调用会在所监听的所有IO中某个或某几个有数据到来时返回。

多路IO共用一个同步阻塞接口，任意IO可操作都可激活IO操作，这是对阻塞IO的改进(主要是select和poll、epoll,关键是能实现同时对多个IO端口进行监听)。此时阻塞发生在select/poll的系统调用上，而不是阻塞在实际的I/O系统调用上。IO多路复用的高级之处在于:它能同时等待多个文件描述符，而这些文件描述符（套接字描述符）其中的任意一个进入读就绪状态，select等函数就可以返回。

4、信号驱动：

注册一个IO信号事件，在数据可操作时通过SIGIO信号通知线程，这应该算是一种异步机制；

5、异步IO：进程通知内核完成一个IO操作，由内核完成A+B阶段后通知进程。

参考中的这张图很好的解释了上述5种IO模型。

POSIX将IO只分成了同步IO、异步IO两种模型。

同步I/O操作：实际的I/O操作将导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成。

异步I/O操作：实际的I/O操作不导致请求进程阻塞。

由此，阻塞式I/O，非阻塞式I/O，I/O复用，信号驱动I/O模型都属于同步I/O，因为第二阶段的数据复制都是阻塞的，也可以理解为都由进程完成。而只有异步I/O模型属于这里的异步I/O操作（IO由内核完成）。

参考资料：知乎Linux分享官

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《Unix网络编程卷1：套接字联网API（第3版）》6.2 IO模型