1.概念

io

io：文件流的输入输出。网络IO，磁盘IO，都是io，一般只有内核才能访问。用户软件需要调用接口才能访问。

网络IO

等待网络数据到达网卡->读取到内核缓冲区
从内核缓冲区复制数据 –> 用户空间

磁盘IO

当进程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。
如果没有的话，再到设备中读取，因为设备IO一般速度较慢、需要等待。
如果内核缓冲区有数据，则直接复制到用户空间

缓存IO

数据会先复制到内核，最后才从内核复制到用户进程。

缺点，重复了一次复制，
优点：如果有一样的数据重新操作，直接利用缓存

内核空间和用户空间

内核空间：即可以访问用户空间也可以访问内核空间，主要用户直接访问io的读写
用户空间：只能访问用户空间的内容，访问io只能调用内核api

同步与异步

同步：当调用方法时，只要没有返回会一直等待，直到返回才结束。（当等待过久操作系统有权切换cpu去执行其他进程）异步：当调用方法时，立即返回，不用等待返回的结果，但是调用者会主动定期的轮询访问是否完成。（消耗cpu资源，cpu也不能切换其他进程）

2. 5种IO的模式

同步：阻塞/非阻塞/多路复用/信号驱动 IO
异步：异步IO

blocking 阻塞

用户进程 -> 调用内核方法   -> 内核无数据 
                          -> 内核开始准备数据
                          -> 准备好数据
                          -> 内核复制数据到用户态
                          -> 内核复制完成
用户进程 <-  返回成功

用户进程需要等待内核"准备数据"和"复制数据到用户态"这两步。

优点：如果时间过去cpu可以切换到其他进程处理任务。
缺点：是完全阻塞，期间需要等待很久。

Non Blocking 非阻塞

用户进程 -> 调用内核方法/返回失败   -> 内核无数据 
用户进程 <->  返回失败             -> 内核开始准备数据
用户进程 <->  返回失败             -> 准备好数据
用户进程 <->  返回失败             -> 内核复制数据到用户态
用户进程 <->  返回失败             -> 内核复制完成
用户进程 <->  返回成功

用户进程发起read，然后直接返回失败，后续不断轮询请求是否生成

优点：用户请求完可以立马去操作别的事情
缺点：由于是轮询，完成的时候会比实际慢，cpu频繁轮询，导致不能切换进程

multiplexing 多路复用/事件驱动

非阻塞是当前用户进程不断轮询检查。多路复用是专门交给一个进程的统一处理状态检查。一次可以处理多个IO，一次性返回。

常见的有 select、poll、epoll函数。

用户进程先依赖select，等内核数据准备好，select触发可读条件，
用户进程再把内核态复制到用户态（这里是阻塞）

select  -> 调用内核方法   -> 内核无数据 
                         -> 内核开始准备数据
用户进程 <-   返回可读条件  -> 准备好数据
用户进程 ->  系统调用     -> 内核复制数据到用户态
                          -> 内核复制完成
用户进程 <->  返回成功

优点：当连接数大的时候，性能就很好
缺点：当连接数小的时候，由于另外多调用了select函数效果比非阻塞还要差。

signal dirver 信号驱动

用户进程先注册SIGIO和回调方法，等待内核处理好数据发送SIGIO信号，触发注册回调的方法。
用户进程再把内核态复制到用户态（这里是阻塞）

用户进程       <-> 注册SIGIO/同时立即返回   -> 内核无数据 
                                          -> 内核开始准备数据
信号处理的函数  <-   发送SIGIO信号          -> 准备好数据
用户进程        ->  系统调用               -> 内核复制数据到用户态
                                          -> 内核复制完成
用户进程 <->  返回成功

asyn 异步

aio_read -> 调用内核方法/立即返回    -> 内核无数据 
                                    -> 内核开始准备数据
                                    -> 准备好数据
                                    -> 内核复制数据到用户态
                                    -> 内核复制完成
信号处理 <-  调用aio_read的指定的信号
返回成功&用户进程处理

用户进程发起aio_read，立即返回，继续做其他事情内核会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，内核最后通过aio_read信号触发方法，返回成功，用户进程完成调用。

linux io模式