目录

• 1. 什么是IO？
• 2. 五种IO模型：阻塞IO，非阻塞IO，信号驱动IO，异步IO，多路转接IO
• • 2.1 阻塞IO
  • •  阻塞IO的特点
  • 2.2 非阻塞IO
  • •  非阻塞IO的特点
  • 2.3 信号驱动IO
  • •  信号驱动IO的特点
  • 2.4 异步IO
  • •  阻塞 & 非阻塞的区分
    •  同步和异步的概念
    •  异步IO的特点
  • 2.5 多路转接IO模型(select、poll、epoll)

1. 什么是IO？

input & output

IO的过程：（1）等待资源就绪；（2）拷贝数据

例如：TCP_socket编程：recv(newsock, buf, sizeof(buf) - 1, 0);
（1） 从TCP的接收缓冲区当中拷贝数据，TCP的数据来源于TCP接收缓冲区。如果TCP接收缓冲区当中没有数据，调用recv函数就会阻塞等待。
（2）拷贝数据到buf当中

LINUX中进程无法直接操作I/O设备，其必须通过系统调用请求kernel来协助完成I/O动作；内核会为每个I/O设备维护一个缓冲区。

对于一个输入操作来说，进程IO系统调用后，内核会先看缓冲区中有没有相应的缓存数据，没有的话再到设备中读取，因为设备IO一般速度较慢，需要等待；内核缓冲区有数据则直接复制到进程空间。

所以，对于一个网络输入操作通常包括两个不同阶段：
（1）等待网络数据到达网卡→读取到内核缓冲区，数据准备好；
（2）从内核缓冲区复制数据到进程空间。

2. 五种IO模型：阻塞IO，非阻塞IO，信号驱动IO，异步IO，多路转接IO

2.1 阻塞IO

当发起一个IO调用的时候，如果IO资源没有准备好，则阻塞等待资源的到来（死等）。
阻塞IO 钓鱼的例子：人们在钓鱼的时候，将鱼钩抛入水中，眼睛一直盯着鱼漂，直到有鱼咬钩。

 阻塞IO的特点

（1）一旦调用阻塞IO，阻塞等待的时长取决于内核
（2）在等待过程当中，对于等待的执行流（进程/线程）而言，CPU的利用率是极低的
（3）在等待数据就绪到拷贝数据之间，是非常实时的（及时响应每个操作）
（4）阻塞IO的代码比较简单，容易编写
（5）适用并发量小的网络应用开发，不适用并发量大的应用：因为一个请求IO会阻塞进程，所以，得为每个请求分配一个处理进程（线程）以及时响应，系统开销大。

2.2 非阻塞IO

当发起一个IO调用的时候，判断资源是否准备好
（1）资源准备好了，拷贝数据
（2）资源没有准备好，IO调用报错返回。IO调用返回了，并不一定代表IO操作成功了，需要搭配循环来使用。

 非阻塞IO的特点

（1）非阻塞IO相较于阻塞IO而言，CPU的利用率要高，因为进程轮询（重复）调用，消耗CPU的资源
（2）非阻塞IO由于增加了循环，非阻塞IO的代码会稍微复杂一点
（3）非阻塞IO在数据就绪到拷贝之间，并没有阻塞IO实时
（4）非阻塞IO需要搭配循环来使用
（5）适用并发量较小、且不需要及时响应的网络应用开发

2.3 信号驱动IO

第一个步骤：在代码当中自定义信号（29号信号(SIGIO)）的处理方式
第二个步骤：当IO准备就绪之后，进程就会收到SIGIO这个信号，而回调自定义处理函数
第三个步骤：在自定义处理函数的内部发起IO调用

 信号驱动IO的特点

（1）代码更加复杂，牵扯到了信号自定义的处理函数，牵扯到回调
（2）相较于非阻塞IO而言，信号驱动在数据就绪到拷贝之间更加实时了
（3）相较于非阻塞IO而言，不需要循环调用，但是需要将IO调用放到回调函数当中

2.4 异步IO

发起一个IO调用，作用是告诉操作系统内核，想要完成什么IO操作（想要什么样的数据），IO调用直接返回。意味着，IO调用函数就调用完毕了，并没有陷入到阻塞当中
内核针对用户提出来的IO请求，进行等待数据和拷贝数据。当内核等待到数据并且完成拷贝之后，向程序递交指定信号，用户就可以直接拿着数据继续操作了。
由内核在数据拷贝完成时，通知应用程序（而信号驱动是告诉应用程序何时可以开始拷贝数据）

当用户发起一个异步调用的时候，会注册一个回调函数。
当程序等待到数据，并且拷贝完成数据之后，回调注册的函数。用户就相当于拿到了IO调用想要的数据

 阻塞 & 非阻塞的区分

只需要判断在资源不可用的情况下，发起的IO调用是否直接返回：
阻塞IO：进行死等，IO调用不返回
非阻塞IO：直接报错返回

 同步和异步的概念

当前说的同步，并不是多线程当中的同步，多线程当中的同步是为了保证执行流对资源的合理访问
而是只需要判断，当发起一个IO调用之后，数据是由谁拷贝的。
如果数据是由用户自己拷贝的，则表示同步
如果数据是由内核进行拷贝，拷贝完成之后，通知发起IO调用的调用者，则表示为异步。
异步读写调用的接口是aio_read、aio_wirte

 异步IO的特点

（1）不阻塞，数据一步到位
（2）实现、开发应用难度大
（3）非常适合高性能高并发应用

2.5 多路转接IO模型(select、poll、epoll)

本质上在做：可以一次性监控多个文件描述符，当有某个文件描述符发送了期望的IO事件的时候，则会通知给程序员。期望的IO事件：可读事件/可写事件

后面细讲select、poll、epoll~~~