Linux下5種IO模型的小結
概述
接觸網絡編程，我們時常會與各種與IO相關的概念打交道： 同步(Synchronous)、異步(ASynchronous)、阻塞( blocking )和非阻塞(non-blocking) 。關于概念的區別在知乎上看到一位朋友（ 鏈接 ）打了一個比較形象的比喻：
你打電話問書店老板有沒有《分布式系統》這本書，如果是同步通信機制，書店老板會說，你稍等，”我查一下"，然后開始查啊查，等查好了（可能 是5秒，也可能是一天）告訴你結果（返回結果）。而異步通信機制，書店老板直接告訴你我查一下啊，查好了打電話給你，然后直接掛電話了（不返回結果）。然 后查好了，他會主動打電話給你。在這里老板通過“回電”這種方式來回調。
你打電話問書店老板有沒有《分布式系統》這本書，你如果是阻塞式調用，你會一直把自己“掛起”，直到得到這本書有沒有的結果。如果是非阻塞式調用，你不管老板有沒有告訴你，你自己先一邊去玩了， 當然你也要偶爾過幾分鐘check一下老板有沒有返回結果。
在這里阻塞與非阻塞與是否同步異步無關。跟老板通過什么方式回答你結果無關。
同步與異步的主要區別就在于： 會不會導致 請求進程（或線程） 阻塞 。同步會使請求進程（或線程）阻塞而異步不會。
linux下有五種常見的IO模型，其中只有一種異步模型，其余皆為同步模型。如圖：
阻塞IO模型
阻塞IO模型是最常見的IO模型了，對于所有的“慢速設備”（socket、pipe、fifo、terminal）的IO默認的方式都是阻塞的 方式。阻塞就是進程放棄cpu，讓給其他進程使用cpu。進程阻塞最顯著的表現就是“進程睡眠了”。阻塞的時間通常取決于“數據”是否到來。
非阻塞IO模型
非阻塞IO就是設置IO相關的系統調用為non-blocaking，隨后進行的IO操作無論有沒有可用數據都會立即返回，并設置errno為 EWOULDBLOCK或者EAGAIN。我們可以通過主動check的方式（polling，輪詢）確保IO有效時，隨之進行相關的IO操作。當然這種 方式看起來就似乎不太靠譜，浪費了太多的CPU時間，用寶貴的CPU時間做輪詢太不靠譜兒了。圖示：
多路復用IO模型
多路復用是讓 阻塞 發生在我們的多路復用IO操作的系統調用上面，而不是我們真正去執行IO的系統調用。使用這個方式的好處就是可以同時監控多個用于IO的文件描述符。詳細的使用方式之前寫了一篇博客有提到： http://www.cnblogs.com/ittinybird/p/4574397.html
信號驅動IO模型
所謂信號驅動，就是利用信號機制，安裝信號SIGIO的處理函數（進行IO相關操作），通過監控文件描述符，當其就緒時，通知目標進程進行IO操作（signal handler）。具體使用方法之前博客也有說明： http://www.cnblogs.com/ittinybird/p/4574397.html
異步IO模型
Linux上異步IO有一組POSIX規定的接口，已aio開頭的幾個SYSCALL。如下：
int aio_read(struct aiocb *aiocbp);
int aio_write(struct aiocb *aiocbp);
ssize_t aio_return(struct aiocb *aiocbp);
使用時記得 Link with -lrt.參數看起來給人一種很簡潔的假象。其實相較于其他模型的參數一個也沒有少，只是放到了結構體里邊了。先看一下struct aiocb這個結構的原型吧，頭文件是”aio.h“。
struct aiocb
{
int aio_fildes; /* File desriptor. */
int aio_lio_opcode; /* Operation to be performed. */
int aio_reqprio; /* Request priority offset. */
volatile void *aio_buf; /* Location of buffer. */
size_t aio_nbytes; /* Length of transfer. */
struct sigevent aio_sigevent; /* Signal number and value. */
/* Internal members. */
struct aiocb *__next_prio;
int __abs_prio;
int __policy;
int __error_code;
__ssize_t __return_value;
#ifndef __USE_FILE_OFFSET64
__off_t aio_offset; /* File offset. */
char __pad[sizeof (__off64_t) - sizeof (__off_t)];
#else
__off64_t aio_offset; /* File offset. */
#endif
char __unused[32];
};其實雖然結構體足夠長，其實真正用到的也就前面那幾個參數，也沒那么復雜。具體用法不再贅述。具體可以參考以為網友的博文： http://blog.csdn.net/tq02h2a/article/details/3825114 。
下圖是關于異步IO模型的圖示：
參考
aio(7) - Linux manual page http://man7.org/linux/man-pages/man7/aio.7.html
sigevent(7) - Linux manual page http://man7.org/linux/man-pages/man7/sigevent.7.html
5張模型圖片出處 《UNIX網絡編程卷1》 史蒂文斯