Linux里五种I/O模型

如上图，我们写的应用程序使用数据流（UDP）Socket接收数据，调用 recvfrom() 系统函数接收网卡上的数据。在阻塞I/O下，调用 recvfrom() 将造成进程阻塞，直到数据接收完毕。 内存空间有系统空间和用户空间，并且都有相应的缓冲区：

• 第一阶段（wait for data等待数据准备）：进程阻塞，内核接管，复制数据到系统空间里的数据缓冲区（当然是能够从网卡上接收到数据）。接收完毕后，则数据准备完毕（datagram ready）。
• 第二阶段（copy data from kernel to user从内核拷贝数据到用户缓冲区）：这时候进程仍然阻塞，内核将系统空间内缓冲区ready的数据复制到用户空间里的用户自己定义的缓冲区。拷贝完毕则唤醒进程。 整个阶段，进程都是阻塞的，直到数据读取到用户缓冲区内。

非阻塞I/O

如上图，同样应用程序调用数据流（UDP）Socket接收数据，调用 recvfrom() 系统函数，并且设置了Socket为non-blocking非阻塞。 这时我们调用系统函数 recvfrom() 则不阻塞进程，如果数据没有在系统空间的缓冲区内准备好，则立即返回一个error，直接得到一个结果，这时候进程可以做点其他任务而不用阻塞在这里。但是如果数据在系统空间内的缓冲区准备好了，则将开始从系统空间拷贝数据到用户空间。

I/O 多路复用（IO multiplexing）

I/O多路复用大致情况如上图。I/O多路复用也就是我们常说的select、poll以及epoll，它能够使一个进程能够同时处理更多的连接。 这里就以select为例： select() 也是一个系统调用，如果一个进程调用了 select() 那么这个进程也会被阻塞。 第一阶段：应用程序进程调用 select() ，这时该进程阻塞，不过内核会监视应用程序向select注册的所有Socket。如果注册的Socket中有数据以及在系统空间缓冲区里准备好了的，则该进程被唤醒。 第二阶段：从 select() 的阻塞中返回，应用程序进程只能知道向select注册的Socket里有数据准备好的Socket，但是并不知道具体是哪个Socket数据准备好了。所以，应用程序需要自己遍历Socket，找出数据准备好的Socket，然后调用 recvfrom() 函数将系统空间缓冲区内数据复制到用户空间缓冲区内。

信号驱动 I/O（signal driven IO）

Linux内核定义了很多信号，如SIGUSR1和SIGUSR2都是可以用户自定义发送/处理的信号。 应用程序首先需要安装信号处理器（即提供一个回调函数给内核），当相应事件发生的时候，操作系统会激活该信号，处理权交给进程，由进程调用处理该信号的回调函数。 在信号驱动I/O中，应用程序先安装信号处理器，返回结果，进程可以继续执行。当数据在系统空间内准备好了后，内核会激活信号，进程则会调用相应的回调函数（这里数据准备好了则直接调用 recvfrom() 函数），然后数据则直接拷贝到用户空间缓冲区内。异步I/O则是调用系统函数，传入了用户空间缓冲区的地址指针。调用后进程不会被阻塞，则可以做其他事情，内核会在将数据复制到系统空间缓冲区，然后再将数据复制到用户提供的用户缓冲区地址中。都做完了后，则内核发送一个signal通知应用程序read完成了。这时应用程序之前提供的回调函数，由该进程来执行。