Linux的五种IO模型
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0x01 什么是IO？
IO模型中，先讨论下什么是IO？
IO在计算机中指的就是Input/Output（输入/输出）。Input/Output（输入/输出）的内容当然就是data（数据）了。
那么数据被Input到哪，Output到哪呢？
-
Input（输入）数据到内存中，Output（输出）数据到IO设备（磁盘、网络等需要与内存进行数据交互的设备）中； -
IO设备与内存直接的数据传输通过IO接口，操作系统封装了IO接口，我们编程时可以直接使用
0x02 阻塞/非阻塞与同步/异步
阻塞/非阻塞
针对的对象是调用者自己本身的情况
☞ 阻塞
指调用者在调用某一个函数后，一直在等待该函数的返回值，线程处于挂起状态。
☞ 非阻塞
指调用者在调用某一个函数后，不等待该函数的返回值，线程继续运行其他程序（执行其他操作或者一直遍历该函数是否返回了值）
同步/异步
针对的对象是被调用者的情况
☞ 同步
指的是被调用者在被调用后，操作完函数所包含的所有动作后，再返回返回值
☞ 异步
指的是被调用者在被调用后，先返回返回值，然后再进行函数所包含的其他动作。
0x03 五种IO模型
recvfrom/recv都是操作系统的内核函数，用于从（已连接）socket上接收数据，并捕获数据发送源的地址。
recv函数原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags)
sockfd：接收端套接字描述符buff：用来存放recv函数接收到的数据的缓冲区nbytes：指明buff的长度flags：一般置为0
阻塞IO（BIO）
BIO程序流
recv函数默认是阻塞的，直到对方socket发送过来的数据被填充到用户提供的接收缓冲区（buff参数）之后，才解除阻塞。
对方socket发送过来的数据最先到达内核空间的缓冲区，然后从内核空间拷贝到用户空间提供的接收缓冲区（buff），以供用户态程序使用。
从等待对方发送数据到接收数据，并把数据从内核空间复制到用户空间的这段时间，recv函数都是阻塞的。
非阻塞IO
非阻塞IO程序流
可用fcntl函数设置recv为非阻塞方式。
设置为非阻塞模式后，即使没有数据到来，recv函数也不会阻塞，而是立即返回-1，错误代码为EWOULDBLOCK。为了得到对方发送的数据，只能不停的判断recv返回值是否为-1，以及返回码是否为EWOULDBLOCK，直到数据到来，然后把数据从内核空间复制到用户态空间，复制完成后recv函数返回。
非阻塞IO模型的应用范围较窄，因为当数据没有到来时需要不断的循环测试recv的返回值和返回码，这会消耗CPU资源，于是把这种循环测试称作忙等待。换句话说就是这种模型没啥用。
IO多路复用
IO多路复用程序流
这种模型其实和BIO是一模一样的，都是阻塞的，只不过在socket上加了一层代理select，select可以通过监控多个socekt是否有数据，通过这种方式来提高性能。
一旦检测到一个或多个文件描述有数据到来，select函数就返回，这时再调用recv函数（这块也是阻塞的），数据从内核空间拷贝到用户空间，recv函数返回。
信号驱动IO
信号驱动IO程序流
在用户态程序安装SIGIO信号处理函数（用sigaction函数或者signal函数来安装自定义的信号处理函数），即recv函数。然后用户态程序可以执行其他操作不会被阻塞。
一旦有数据到来，操作系统以信号的方式来通知用户态程序，用户态程序跳转到自定义的信号处理函数。
在信号处理函数中调用recv函数，接收数据。数据从内核空间拷贝到用户态空间后，recv函数返回。recv函数不会因为等待数据到来而阻塞。
这种方式使异步处理成为可能，信号是异步处理的基础。
异步IO
异步IO程序流
异步IO的效率是最高的。
异步IO通过aio_read函数实现，aio_read提交请求，并递交一个用户态空间下的缓冲区。即使内核中没有数据到来，aio_read函数也立刻返回，应用程序就可以处理其他的事情。
当数据到来后，操作系统自动把数据从内核空间拷贝到aio_read函数递交的用户态缓冲区。拷贝完成以信号的方式通知用户态程序，用户态程序拿到数据后就可以执行后续操作。
异步IO和信号驱动IO的不同？
在于信号通知用户态程序时数据所处的位置。异步
IO已经把数据从内核空间拷贝到用户空间了；而信号驱动IO的数据还在内核空间，等着recv函数把数据拷贝到用户态空间。异步
IO主动把数据拷贝到用户态空间，主动推送数据到用户态空间，不需要调用recv方法把数据从内核空间拉取到用户态空间。异步IO是一种推数据的机制，相比于信号处理IO拉数据的机制效率更高。推数据是直接完成的，而拉数据是需要调用
recv函数，调用函数会产生额外的开销，故效率低。
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