Linux下的5种IO模型的小结（转）

　　接触网络编程，我们时常会与各种与IO相关的概念打交道：同步(Synchronous)、异步(ASynchronous)、阻塞(blocking)和非阻塞(non-blocking)。关于概念的区别在知乎上看到一位朋友(链接)打了一个比较形象的比喻：

　　你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了(可能是5秒，也可能是一天)告诉你结果(返回结果)。

　　而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了(不返回结果)。然后查好了，他会主动打电话给你。在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

　　你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果。如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。

　　在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

　　同步与异步的主要区别就在于：会不会导致请求进程(或线程)阻塞。同步会使请求进程(或线程)阻塞而异步不会。

　　linux下有五种常见的IO模型，其中只有一种异步模型，其余皆为同步模型。如图：

　　阻塞IO模型

　　阻塞IO模型是最常见的IO模型了，对于所有的“慢速设备”(socket、pipe、fifo、terminal)的IO默认的方式都是阻塞的方式。阻塞就是进程放弃cpu，让给其他进程使用cpu。进程阻塞最显著的表现就是“进程睡眠了”。阻塞的时间通常取决于“数据”是否到来。

　　非阻塞IO模型

　　非阻塞IO就是设置IO相关的系统调用为non-blocaking，随后进行的IO操作无论有没有可用数据都会立即返回，并设置errno为EWOULDBLOCK或者EAGAIN。我们可以通过主动check的方式(polling，轮询)确保IO有效时，随之进行相关的IO操作。当然这种方式看起来就似乎不太靠谱，浪费了太多的CPU时间，用宝贵的CPU时间做轮询太不靠谱儿了。图示：

　　多路复用IO模型

　　多路复用是让阻塞发生在我们的多路复用IO操作的系统调用上面，而不是我们真正去执行IO的系统调用。使用这个方式的好处就是可以同时监控多个用于IO的文件描述符。

　　信号驱动IO模型

　　所谓信号驱动，就是利用信号机制，安装信号SIGIO的处理函数(进行IO相关操作)，通过监控文件描述符，当其就绪时，通知目标进程进行IO操作(signal handler)。

　　异步IO模型

　　Linux上异步IO有一组POSIX规定的接口，已aio开头的几个SYSCALL。如下：

　　int aio_read(struct aiocb *aiocbp);
　　int aio_write(struct aiocb *aiocbp);ssize_t aio_return(struct aiocb  *aiocbp); 使用时记得 Link with -lrt.

　　参数看起来给人一种很简洁的假象。其实相较于其他模型的参数一个也没有少，只是放到了结构体里边了。先看一下struct aiocb这个结构的原型吧，头文件是”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];
　　};

　　其实虽然结构体足够长，其实真正用到的也就前面那几个参数，也没那么复杂。具体用法不再赘述。

　　下图是关于异步IO模型的图示：