要问技术多NB，请问IO模型知多少? | 下篇

1 IO 模型之IO多路复用

解决NIO的思路就是降解无效的系统调用，如何降解呢？我们一起来看看以下几种IO多路复用的解决思路。

1.1. IO多路复用之select/poll

Select是内核提供的系统调用，它支持一次查询多个系统调用的可用状态，当任意一个结果状态可用时就会返回，用户进程再发起一次系统调用进行数据读取。换句话说，就是NIO中N次的系统调用，借助Select，只需要发起一次系统调用就够了。其IO流程如下所示：

但是，select有一个限制，就是存在连接数限制，针对于此，又提出了poll。其与select相比，主要是解决了连接限制。

select/epoll 虽然解决了NIO重复无效系统调用用的问题，但同时又引入了新的问题。问题是：

• 用户空间和内核空间之间，大量的数据拷贝
• 内核循环遍历IO状态，浪费CPU时间

换句话说，select/poll虽然减少了用户进程的发起的系统调用，但内核的工作量只增不减。在高并发的情况下，内核的性能问题依旧。所以select/poll的问题本质是：内核存在无效的循环遍历。

1.2. IO多路复用之epoll

针对select/pool引入的问题，我们把解决问题的思路转回到内核上，如何减少内核重复无效的循环遍历呢？变主动为被动，基于事件驱动来实现。其流程图如下所示：

epoll相较于select/poll，多了两次系统调用，其中epoll_create建立与内核的连接，epoll_ctl注册事件，epoll_wait阻塞用户进程，等待IO事件。

epoll，已经大大优化了IO的执行效率，但在IO执行的第一阶段：数据准备阶段都还是被阻塞的。所以这是一个可以继续优化的点。

2 IO 模型之信号驱动IO(SIGIO)

信号驱动IO与BIO和NIO最大的区别就在于，在IO执行的数据准备阶段，不会阻塞用户进程。如下图所示：当用户进程需要等待数据的时候，会向内核发送一个信号，告诉内核我要什么数据，然后用户进程就继续做别的事情去了，而当内核中的数据准备好之后，内核立马发给用户进程一个信号，说”数据准备好了，快来查收“，用户进程收到信号之后，立马调用recvfrom，去查收数据。

乍一看，信号驱动式I/O模型有种异步操作的感觉，但是在IO执行的第二阶段，也就是将数据从内核空间复制到用户空间这个阶段，用户进程还是被阻塞的。

综上，你会发现，不管是BIO还是NIO还是SIGIO，它们最终都会被阻塞在IO执行的第二阶段。那如果能将IO执行的第二阶段变成非阻塞，那就完美了。

3 IO 模型之异步IO(AIO)

异步IO真正实现了IO全流程的非阻塞。用户进程发出系统调用后立即返回，内核等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户进程缓冲区，然后发送信号告诉用户进程IO操作执行完毕（与SIGIO相比，一个是发送信号告诉用户进程数据准备完毕，一个是IO执行完毕）。其流程如下：

所以，之所以称为异步IO，取决于IO执行的第二阶段是否阻塞。因此前面讲的BIO，NIO和SIGIO均为同步IO。