Linux的五种I/O模型

一.引子

linux进行磁盘、网络等I/O操作时，进程是无法直接操作I/O设备，所有操作都经由系统调用请求Linux Kernel来协助完成I/O动作，且内核会为每一个I/O设备维护一个Buffer。如下图展示了进程进行I/O操作时的流程： 用户进程进行I/O操作的流程

流程介绍:process发起请求，Kernel接收请求，从I/O设备中获取数据至Kernel的Buffer,再将Buffer中的数据拷贝到用户进程的地址空间，进程获取到数据后，再响应客户端；（上图中红色线条的两阶段）

二.I/O模型的划分

在整个交互过程中数据输出至Kernel的buffer及将数据copy到用户进程的地址空间都需要时间。因此根据这两段时间内等待方式的不同，I/O模型分为五种模式：

1.阻塞I/O （Blocking I/O）
2.非阻塞I/O （Non-Blocking I/O）
3.I/O复用 （I/O Multiplexing）
4.信号驱动的I/O （Signal Driven I/O）
5.异步I/O (Asynchrnous I/O)

阻塞：调用进程一直处于等待状态，直到操作完成；
非阻塞：在内核的数据还未准备好时，会先返回，进行进行其他操作；
从同步异步，以及阻塞、非阻塞两个维度来划分来看：

I/O模型同步及阻塞维度划分

三.I/O模型分别介绍

1.阻塞I/O

特点：I/O执行的两阶段进行都被block.

2.非阻塞I/O

特点：用户只有在第二阶段被阻塞，第一阶段没有阻塞。第一阶段中，用户进程轮询内核，看数据是否准备好。与轮询方式对应的为信号驱动 的I/O，如下一个所示。

3.信号驱动的I/O 或 基于事件驱动的I/O模型

特点：第一阶段未阻塞，第二阶段阻塞；用户进程不需要轮询系统内核，等数据准备好时，内核主动通知用户进程。

4.I/O复用

特点：I/O执行的两个阶段都是阻塞的；两个阶段是独立的，一次完整I/O操作中，用户进程发起两个系统调用。

注：I/O多路复用模型应用非常广泛，其核心思想可以用下图介绍；

select, poll, epoll 都是I/O多路复用的具体的实现，之所以有三者的存在，其实是他们出现是有先后顺序的。具体介绍参考如下链接：
https://www.cnblogs.com/creazylinux/p/7364685.html

5.异步I/O

特点：用户进程发起系统调用后，立即可做其他事情（不阻塞），直到I/O执行的两个阶段都完成后，内核会给用户进程发送通知，告诉用户进程已经完成。

四.五种模型总结

备注：参考 cnblog @子夜文章，在此感谢