我要评论最近一直在研究linux io模型，linux io模型是一个挺复杂的概念，分析linux io模型一定要注意方法，否则会在一个个概念中，迷失自我。
1.io模型简介
linux io模型是指linux操作系统中用于实现输入输出的一种机制。
linux io模型主要分为五种：
阻塞io、非阻塞io、io复用、信号驱动io和异步io。
- 阻塞io是最常见的io模型，当用户进程发起一个io请求后，内核会一直等待，直到io操作完成并返回结果。在此期间，用户进程会被阻塞，无法进行其他操作。
- 非阻塞io是在阻塞io的基础上进行改进的一种io模型。当用户进程发起一个io请求后，内核会立即返回一个错误码，表示io操作还未完成。用户进程可以继续进行其他操作，随后再通过轮询的方式来查询io操作是否完成。
- io复用是指通过select、poll、epoll等系统调用来监听多个文件描述符的io事件。当某个文件描述符就绪时，内核会通知用户进程进行io操作。相比于阻塞io和非阻塞io，io复用可以同时监听多个文件描述符，提高了io效率。
- 信号驱动io是指用户进程通过signal或sigaction系统调用来注册一个信号处理函数，当io操作完成时，内核会向用户进程发送一个sigio信号，用户进程在信号处理函数中进行io操作。相比于阻塞io和非阻塞io，信号驱动io可以避免用户进程被阻塞，提高了io效率。
- 异步io是指当用户进程发起一个io请求后，内核会立即返回，表示io操作已经开始。当io操作完成后，内核会通知用户进程，用户进程在此时才进行io操作。相比于其他io模型，异步io可以避免用户进程被阻塞，提高了io效率。
2.五种io模型
2.1 io模型分析方法
分析io模型需要了解2个问题：
问题1：发送io请求，io请求可以理解为用户空间和内核空间数据同步，根据发起者不同分为以下两种情况：
- 由用户程序发起（同步io）。
- 由内核发起（异步io）。
问题2：等待数据到来，等待数据到来的方式有以下几种：
- 阻塞（阻塞io）。
- 轮询（非阻塞io）。
- 信号通知（信号驱动io）。
（内核空间和用户空间数据同步由谁发起是分析linux io模型最核心问题）
2.2 阻塞io
阻塞io/阶段1
- 用户程序调用recv函数发起io请求（同步io），读取socket缓冲区数据。
- 由于socket缓冲区没有就绪数据包，进程状态将从task_running切换至task_interruptible状态，并通过进程调度完成进程阻塞。
- 同时进程也会加入到socket等待队列，等待数据到来回被唤醒。
注意：阻塞io并不是阻塞cpu，而是进行进程状态切换出让cpu。
阻塞io/阶段2
- 网卡收到数据包后，通过dma机制将数据包拷贝到内核空间ringbuffer，并通过中断机制将数据包拷贝至socket接收缓冲区.
- socket接收到数据包唤醒等待队列休眠进程，进程被唤醒后继续完成用户空间和内核空间数据同步，recv函数成功返回。
2.3 非阻塞io
阻塞io/阶段1
- 用户程序调用recv函数发起io请求，读取socket缓冲区数据。
- 由于socket缓冲区没有就绪数据包，非阻塞io recv直接返回ewouldblock错误码，用户如果一直调用recv函数则一直返回ewouldblock错误码，直到数据准备好。
非阻塞io/阶段2
非阻塞io和阻塞io阶段2相同。
2.4 io复用
io复用简介
io复用是一种高效的io处理方式，它可以让一个进程同时监视多个文件描述符，当其中任意一个文件描述符就绪时，就可以进行相应的io操作。
相比于传统的阻塞io和非阻塞io，io复用可以大大提高io效率，减少cpu资源的浪费。
在linux中，常用的io复用模型有select、poll、epoll等。
io复用模型io请求由用户程序发起，所以io复用模型为同步io。
2.4.1 io复用select模型
select模型通过位图实现io复用，将socket注册到读，写，或异常位图，通过select系统调用轮询位图，获取socket事件，成功获取到socket事件后，select成功返回，此时可以通过接收函数读取socket缓冲区数据。
2.4.2 io复用poll模型
poll模型和select非常相似，主要区别为poll模型把位图改成链表，poll通过链表实现io复用，将socket注册poll_list链表，通过poll系统调用轮询链表，获取socket事件，成功获取到socket事件后，poll成功返回，此时可以通过接收函数读取socket缓冲区数据。
2.4.3 io复用epoll模型
epoll模式采用回调方式获取就绪socket事件，相比于select和poll模型的轮询方式效率更高，通过epoll_ctl系统调用注册socket事件至红黑树，当socket接收到数据后通过回调函数将socket事件添加至就绪队列，调用epoll_wait查询就绪队列就能获取到socket事件。
2.5 信号驱动io
信号驱动io是基于sigio信号实现。
信号驱动io主要由三个步骤组成：
- 步骤1：用户程序注册sigio处理函数。
- 步骤2：内核收到数据后，发送sigo信号，执行sigo信号处理函数。
- 步骤3：用户程序调用recv函数发起io请求，完成用户空间和内核空间数据同步。
信号驱动io是由用户程序发起io请求，所以信号驱动io属于同步io。
2.6 异步io
异步io实现的方式有很多种，上图以poisx aio为例讲解异步io。
分析异步io我们得抓住本质，异步io的io请求由内核发起，只要满足这一个点就是异步io，不管是阻塞或者轮询，或者信号通知，都不影响异步io这个性质。
3.io模型常见问题？
问题1：阻塞io和非阻塞io区别？
a.阻塞io
阻塞io在没有数据包时，会通过阻塞进程等待数据到来，阻塞进程方法为：
- 设置进程状态为task_interruptible。
- 通过进程调度切换进程，实现进程阻塞。
进程阻塞期间不会占用cpu资源。
b.非阻塞io
非阻塞io在没有数据包时，通过轮询方式等待数据包到来，没有数据包到来，调用接收函数会立即返回ewouldblock错误码，一直调用接收函数，一直返回ewouldblock错误码。
非阻塞方式采用轮询方式会一直占用cpu资源。
问题2：同步io和异步io区别？
区别同步io和异步io方法很简单，就是用户空间和内核空间数据同步由谁发起。
- 由用户程序发起则是同步io。
- 由内核发起则是异步io。
问题3：信号驱动io和异步io区别？
信号驱动io和异步io虽然实现流程有很多相似的地方，比如：注册信号处理函数，发送通知信号，不会阻塞进程等。
信号驱动io和异步io有以下几点区别：
- 信号驱动io属于同步io。
- 信号驱动io发送信号通知用户程序发起io请求。
- 异步io发送信号通知用户程序io请求已由内核发起并完成。
问题4：非阻塞io是不是异步io？
很多同学经常把非阻塞io和异步io关联在一起，其实这个是很错误的一个想法，同步io和异步io都可能会阻塞进程，同步io和异步io本质区别为用户空间和内核空间数据同步由谁发起。
非阻塞io的io请求由用户程序发起，属于同步io。
总结
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持代码网。
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