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。简介Unix下有5种可用的IO模型，分别是：阻塞I/O非阻塞I/OI/O多路复用（select和poll）信号驱动I/O（SIGIO）异步I/O（POSIXaio_系列函数）阻塞I/O模型最流行的IO操作是阻塞IO（BlockingIO）。以UDP数据报套接字为例，下图是其阻塞IO的调用过程：上图中，进程调用recvfrom，其系统调用，直到数据报返回并复制到应用进程的缓冲区中或当发送错误时，进程从调用recvfrom开始阻塞，直到它返回。非阻塞IO（Non-BlockingIO）进程将一个socket设置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，不要此时调用线程休眠，但返回错误。如上图所示，前三次调用recvfrom时，没有数据返回，于是内核转为立即返回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后再返回）。当应用程序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，但这种模式偶尔会遇到，通常只在专门提供某种功能的系统中出现。IO多路复用模型有了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将读取到的数据转换成报告复制到应用进程缓冲区中。与阻塞IO相比，IO多路复用模型的优势并不明显，而且在使用上，IO多路复用模型需要多调用一次select，所以在易用性上略逊于blockingIO。但是select的杀手级特性是它可以监听多个文件描述符，大大减少了阻塞线程的数量。signal-drivenIOmodel信号驱动模型如上图所示。当文件描述符准备好后，我们可以让内核通过信号的方式通知我们。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。异步IO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，让内核通知我们的应用进程整个操作（包括将数据从内核复制到应用进程缓冲区）完成后。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操作时由内核通知，而异步IO模型是在IO操作完成时由内核通知.异步IO模型的运行过程如图所示：当我们调用aio_read函数时（POSIX异步IO函数以aio_或lio_开头），传入描述符，缓冲区指针，缓冲区大小（和read一样的三个参数)和文件偏移量（类似于lseek）传递给内核，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，应用进程不会阻塞等待IO完成。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）的主要区别在于第一阶段，因为它们的第二阶段是相同的：在数据复制期间从内核到调用者的缓冲区，进程被recvfrom调用阻塞。第五种，即异步IO模型，应用进程不需要分两个阶段进行处理。内核为我们处理数据等待和数据复制过程。关于POSIX定义的同步IO和异步IO：AsynchronousI/OoperationcausestherequestingprocessbeingblockeduntilthatI/Ooperationcompletes(causestherequestingprocesstoblockuntiltheIOoperationiscomplete).异步I/O操作不会导致请求进程被阻塞（不会造成请求进程阻塞）。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多路复用模型和信号驱动IO模型都是同步IO模型，因为真正的IO操作（recvfrom调用）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复制到应用进程空间，recvfrom要等到赋值完成才会返回。）只有异步IO模型匹配定义的异步IO通过POSIX。小结在处理网络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。所以，网上常说的“同步阻塞IO”和“同步非阻塞IO”，其实都是阻塞IO模型。而非阻塞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。本文由yongshun发表于个人博客，采用类似签名-相同方式共享3.0中国大陆许可协议。Email：yongshun1228@gmail.com本文标题：Unix网络IO模型：同步与异步，傻傻分不清楚？本文链接为：https://segmentfault.com/a/1190000007355931
