I/O模型

同步与异步

同步与异步主要是从消息通知机制角度来说的。

当一个同步调用发出后，调用者要一直等待返回消息（结果）后，才能进行后续的执行；当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到返回消息（结果），实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。异步是调用完成后由别人来通知他。

阻塞非阻塞

阻塞与非阻塞主要是程序（线程）等待消息通知时的状态角度来说的。

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，一直处于等待消息通知，不能够执行其他业务。

非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

如果在这个等待的过程中，等待者除了等待消息通知之外不能做其它的事情，那么该机制就是阻塞的。

阻塞与同步是不同的。

如果这个线程在等待函数返回时，仍在执行其他消息处理，那么这就是同步非阻塞。

如果这个线程在等待函数返回时，没有执行其他消息处理，而是挂起等待，那么就是同步阻塞。

一些概念

进程的切换是很耗资源的。

对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

2. 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)

四种I/O模型

可以站在Server端去理解。

阻塞型I/O

​

​​当应用进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据（对于网络IO来说，很多时候数据在一开始还没有到达。比如，还没有收到一个完整的UDP包。这个时候kernel就要等待足够的数据到来）。这个过程需要等待，也就是说数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中是需要一个过程的。而在进程这边，整个应用进程会被阻塞（当然，是进程自己选择的阻塞）。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，应用进程才解除block的状态，重新运行起来。

在内核执行I/O的两个阶段，都是阻塞的。每个连接都需要配套一个线程，不适合高并发的情况。

非阻塞I/O

​​​当所请求的I/O操作不能满足要求时候，不把本进程投入睡眠，而是返回一个错误。也就是说当数据没有到达时并不等待，而是以一个错误返回。并且进程会多次轮询的请求I/O操作。

应用程序的线程需要不断的进行 I/O 系统调用，轮询数据是否已经准备好，如果没有准备好，继续轮询，直到完成系统调用为止 。这样，好处是线程不需要一直阻塞，但是需要不断地进行I/O系统调用，不断轮询，浪费CPU。不断发起I/O操作及其浪费CPU资源。

同步非阻塞就是 “每隔一会儿瞄一眼进度条” 的轮询（polling）方式。

I/O多路复用

由于同步非阻塞方式需要不断主动轮询，轮询占据了很大一部分过程，轮询会消耗大量的CPU时间，但是服务器端可能会有多个连接，这样他对每一个连接都这样做，要是连接数量太多时，是不适合的。

IO多路复用有两个特别的系统调用select、poll、epoll函数。select调用是内核级别的，select轮询相对非阻塞的轮询的区别在于---前者可以等待多个socket，能实现同时对多个IO端口进行监听，当其中任何一个socket的数据准好了，就能返回进行可读，然后进程再进行recvform系统调用，将数据由内核拷贝到用户进程，当然这个过程是阻塞的。

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