源码阻塞IO、非阻塞IO、同步IO、异步IO这些名词相信很多小伙伴都比较迷惑吧？我以前也是，怎么了？同步非阻塞IO，异步非阻塞IO，头太大了。仔细读完《UNIX 网络编程卷一 套接字联网 API(第三版)》的6.2章，终于明白了这些名词。下面我就用《UNIX 网络编程卷一 套接字联网 API(第三版)》我根据6.2章的内容，整理了各种网络IO模型的具体定义和一些容易混淆的地方。介绍Unix下有5种IO模型，分别是：BlockingI/ONon-blockingI/OI/OMultiplexing(selectandpoll)Signal-drivenI/O(SIGIO)AsynchronousI/O(POSIXaio_seriesfunctions)BlockingI/O模型最新的IO操作是阻塞IO（BlockingIO）。以UDP数据报socket为例，下图是其阻塞IO的调用流程：sendsanerror因此，进程从调用recvfrom到返回的整个期间都是阻塞的。非阻塞IO（Non-BlockingIO）进程设置一个socket为非阻塞来通知内核：当调用线程请求的IO操作需要调用线程休眠等待操作完成时，做此时不休眠调用线程，而是返回错误。如上图所示，前三次调用recvfrom时，没有数据返回，因此内核转而立即返回EWOULDBLOCK错误。第四次调用recvfrom时，已经有数据了。这时候recvfrom会阻塞，等待内核把数据分配给应用进程的缓冲区，然后返回。（注意，当有数据时，recvfrom是阻塞的，它会等待内核将数据复制到应用进程的缓冲区中才返回）。当应用进程像这样在非阻塞描述符上调用recvfrom时，我们称之为轮询（polling）。应用进程不断轮询内核，看一个操作是否完成，这会消耗大量的CPU时间，但这种模型偶尔会遇到，通常只出现在专门提供某种功能的系统中。IO多路复用模型与IO多路复用（IOmultiplexing)，我们可以调用select或poll，阻塞在这两个系统调用之一上，而不是阻塞在真正的IO系统调用上。例如：如上图所示，当select被调用时，select会阻塞等待数据报socket变为可读。当select返回socket可读的条件时，我们可以调用recvfrom将读取的数据报复制到应用程序进程缓冲区。IO多路复用模型与blockingIO相比，并没有明显的优势，而且在使用上，IO多路复用模型需要多调用一次select，所以从easy易用性上来说，略逊于blockingIO。不过select的杀手级特性是可以监听多个文件描述符，大大减少了阻塞线程的数量。信号驱动IO模型信号驱动模型如上图所示。当文件描述符准备好后，我们可以让内核用信号通知我们。我们首先需要开启socket的信号驱动IO功能，通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。sigaction系统调用是异步的，它会立即返回。当有数据时，内核会向进程发送一个SIGIO信号，然后我们的信号处理函数就会执行，我们可以在这个函数中调用recvfrom来读取数据。AsynchronousIO模型异步IO（asynchronousIO）是由POSIX规范定义的，POSIX中定义了几个异步IO操作函数。这个函数的工作原理是：告诉内核开始一个动作，让内核执行整个操作（包括将数据从内核复制到应用进程缓冲区），完成后通知我们的应用进程。异步IO模型和信号驱动IO模型的主要区别在于，信号驱动IO是在我们可以开始IO操作的时候由内核通知的，而异步IO模型是在我们的IO操作开始时由内核通知的完全的。异步IO模型的运行过程如图所示：当我们调用aio_read函数（POSIX异步IO函数以aio_或lio_开头）时，将描述符、缓冲区指针、缓冲区大小传递给内核（三个参数相同asread）和文件偏移量（类似于lseek），并告诉内核在整个操作完成后如何通知应用进程。系统调用立即返回，应用进程在等待IO完成时不会阻塞。各种IO模型的比较如图所示。以上五种IO模型中，前四种模型（阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO）的主要区别在于初始阶段，因为它们的第二阶段是相同的：期间数据从内核复制到调用者的缓冲区，进程被阻塞在recvfrom调用中。而第五个，也就是在异步IO模型中，这两个阶段不需要应用进程处理，内核是我们处理的好了，数据等待和数据复制过程。关于同步IO和异步IO，根据POSIX定义：AsynchronousI/OoperationcausestherequestingprocesstobeblockeduntilthatI/Ooperationcomplete（导致请求进程阻塞直到IO操作Complete）。异步I/O操作不会导致请求进程被阻塞（doesnotcausetherequestingprocesstobeblocked）。根据上面的定义，我们的前四种模型：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO多路复用模型信号驱动IO模型和信号驱动IO模型都是同步IO模型，因为真正的IO操作（recvfromcall）会阻塞进程（因为当有数据时，recvfrom会阻塞等待内核将数据从内核空间拷贝到应用进程空间，当赋值完成后，recvfrom返回。）只有异步IO模型匹配POSIX定义的异步IO。综上所述，在处理网络IO操作时，阻塞IO和非阻塞IO都是同步IO。只有调用了特殊的API，才是异步IO。因此网上常说的“同步阻塞IO”和“同步非阻塞IO”其实就是阻塞IO模型和非阻塞IO模型，因为阻塞IO和非阻塞IO模型都是同步的，加上“同步”二字其实是多余的。网上常说的“异步非阻塞IO”，其实就是异步IO模型。
