送分来了，华为一面，介绍下五种 IO 模型( 二 ) _IO

需要注意的是，当 recvfrom 系统调用进行拷贝数据的时候，用户进程同样是被阻塞住的。
因此，Non-Blocking I/O 的特点就是用户进程需要不断的主动询问内核数据准备好了没有，可以简单记忆为 “IO 执行的第一阶段用户进程非阻塞，第二阶段用户进程阻塞”
I/O Multiplexing由于 Non-Blocking I/O 需要不断主动轮询，轮询会消耗大量的 CPU 时间，而后台可能有多个任务在同时进行，人们就想到了循环查询多个任务的完成状态，只要有任何一个任务完成，就去处理它。这就是 I/O Multiplexing 。
I/O Multiplexing 引入了新的系统调用 select/poll/epoll（也成为多路复用器），这几个系统调用也是重点，不过本文就不过多阐述了。
具体来说，I/O Multiplexing 就是将多个应用进程的 Socket 注册到一个多路复用器（select/poll/epoll）上，然后使用一个进程来监听该多路复用器，多路复用器会不断的轮询所有注册进来的 Socket，只要有一个 Socket 的数据准备好，就会返回该 Socket 。再由应用进程发起真正的 IO 系统调用（也就是 recvfrom，和 Blocking I/O 一样），来完成数据读取。
简单来说，I/O Multiplexing 就是同时阻塞了多个应用进程，而且可以同时对多个 Socket 进行检测，直到有数据可读或可写时，才真正开始 I/O 操作。

文章插图
比较上图和 Blocking I/O，你会发现 I/O Multiplexing 的 I/O 操作和 Blocking I/O 似乎差不多，事实上，IO 多路复用还更差一些，因为这里需要使用两个系统调用 (select? 和 recvfrom?)，而 Blocking IO 只需要一个系统调用 (recvfrom) 。
但是，IO 多路复用的优势并不是对单个连接能处理得更快，而是只需要一个进程就可以同时处理多个 I/O，能同时处理更多的连接。
Signal Blocking I/OSignal Blocking I/O 就是当用户进程发起 I/O 操作的时候，首先通过系统调用 sigaction? 向内核注册一个信号处理函数，这个系统调用会立即返回不会阻塞用户进程；当内核数据准备好了就会发送一个 SIGIO 信号给用户进程，这样用户进程就知道内核数据准备好了，可以开始执行 I/O 系统调用了。

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和 Non-Blocking I/O 一样，信号驱动 IO 的用户进程在 I/O 的第一阶段准备数据是非阻塞的，在第二阶段数据拷贝是阻塞的
不过信号驱动 IO 基于回调机制，其实现和开发应用难度大，因此在实际中并不常用。
Asynchronous I/O异步 I/O，先来解释下什么是异步？
POSIX 的定义如下：

同步 I/O 操作（synchronous I/O operation）：导致请求进程阻塞，直到 I/O 操作完成
异步 I/O 操作（asynchronous I/O operation）：不导致请求进程阻塞

根据这个定义，我们可以做一个分类了，那就是上述四种 I/O 都是同步 I/O！因为它们无一例外都会在第二阶段阻塞住用户进程直到 I/O 操作完成。

这就是为什么你会看见有人把 “阻塞 I/O” 称之为 “同步阻塞 I/O”，把 “非阻塞 I/O” 称之为 “同步非阻塞 I/O” 了

而异步 IO 所谓的在整个 I/O 操作期间都不会阻塞用户进程，其通常的工作机制是：
用户进程告知内核启动某个 I/O 操作，并让内核在整个操作（包括将数据从内核复制到用户缓冲区）完成后通知用户进程。
这与 Signal Blocking I/O 的本质区别就是：

Signal Blocking I/O 是在数据准备好了之后进行通知，告知应用进程可以启动 I/O 操作进行拷贝数据了
Asynchronous I/O 是在整个 I/O 操作完成了之后进行通知，告知应用进程 I/O 操作已经完成了

下图给出了一个异步调用的例子：

文章插图
用户进程进行异步系统调用 aio_read? 之后，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，然后用户进程可以去做别的事情。等到数据准备好了，内核直接拷贝数据给用户进程（不需要用户进程再主动发起 recvfrom 系统调用），拷贝完毕后内核才会给用户进程发送通知，告诉用户进程操作已经完成了。
所以，异步 IO 的两个阶段，用户进程都是非阻塞的，用户进程将整个 IO 操作都交由内核完成，内核完成后会发送通知。在此期间，用户进程不需要去检查 IO 操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。