五种IO模式简介

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内存地址空间。所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：
1. 等待内核缓冲区中数据准备 (Waiting for the data to be ready)
2. 将数据从内核缓冲区拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)

正式因为这两个阶段，linux系统产生了下面五种IO模式的方案：

1. 阻塞 I/O（blocking IO）
2. 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
3. I/O 多路复用（ IO multiplexing）
4. 异步 I/O（asynchronous IO）
5. 信号驱动 I/O（ signal driven IO）

阻塞I/O（blocking IO）

当一个进程需要read数据时，它需要先从内核缓存区中读取数据，当在内核中数据还未准备好时，则该进程会被阻塞（block），直到数据准备好为止。

非阻塞 I/O（nonblocking IO）

一个进程需要read数据时，它需要先从内核缓存区中读取数据，当在内核中数据还未准备好时，内核立即返回error，用户进程得知error后，会继续read，直到数据准备好为止。

I/O 多路复用（ IO multiplexing）

上述阻塞IO和非阻塞IO，当时一个用户进程对应一个IO操作，IO多路复用则通过一定的机制实现了一个进程可以对应多个IO操作。

IO多路复用主要有select、poll、epoll三种模式，select/poll相差不大，主要是通过轮询来不断的检测是否有描述符已就绪，select默认情况下支持最多监控1024个描述符，poll则没有这个限制（底层通过链表实现，可动态增加）；epoll不是通过轮询，而是通过回调（callback）方式主动通知已有描述符已就绪，相比较select/poll效率有明显提升。

不管哪种模式的IO多路复用，还都是同步IO，比如当监控的所有的描述符都还没有准备就绪，那么该进程还是阻塞在此，下面将介绍异步IO

异步 I/O（asynchronous IO）

相比较同步IO，异步IO就显得更加高大上了，基本原理是用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后kernel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，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了，用户进程收到signal后获取已准备好的数据。

信号驱动 I/O（ signal driven IO）

信号驱动IO和异步IO类似，甚至有些人认为信号驱动IO就是异步IO，当kernel准备好数据后，会发送signal给用户进程，告诉进程数据已经准备就绪，这时进程会主动去read数据将数据拷贝到用户内存，这一步是由应用程序自己操作的，而异步IO则是由kernal实现，区别在此。

 

nginx在IO多路复用模式有较成熟的应用；

python在异步IO模式上也有相应的应用，例如gevent、asyncio等。

 

参考资料：https://www.cnblogs.com/mao3714/p/8184262.html