Unix下分5種基本的I/O模型：
1.阻塞I/O
2.非阻塞I/O
3.I/O複用（select和poll）
4.信號驅動I/O（SIGIO）
5.異步I/O（POSIX.1的aio_系列函數）
2.非阻塞I/O
3.I/O複用（select和poll）
4.信號驅動I/O（SIGIO）
5.異步I/O（POSIX.1的aio_系列函數）
Unix中一個輸入操作一般有兩個不同的階段：
1.等待數據準備好。
2.從內核到進程拷貝數據。
對於一個sockt上的輸入操作，第一步一般是等待數據到達網絡，當分組到達時，它被拷貝到內核中的某個緩衝區，第二步是將數據從內核緩衝區拷貝到應用程序緩衝區。
1.等待數據準備好。
2.從內核到進程拷貝數據。
對於一個sockt上的輸入操作，第一步一般是等待數據到達網絡，當分組到達時，它被拷貝到內核中的某個緩衝區，第二步是將數據從內核緩衝區拷貝到應用程序緩衝區。
下面分別介紹上面提到的5類I/O模型
本文中我們用UDP來進行舉例，並且我們將函數recvfrom視爲系統調用,這樣讓我們的注意力都集中在I/O模型上。
阻塞I/O模型
最流行的I/O模型是阻塞I/O模型，缺省時，所有sockt都是阻塞的,這意味着當一個sockt調用不能立即完成時，進程進入睡眠狀態，等待操作完成。如圖:
最流行的I/O模型是阻塞I/O模型，缺省時，所有sockt都是阻塞的,這意味着當一個sockt調用不能立即完成時，進程進入睡眠狀態，等待操作完成。如圖:
圖1 阻塞I/O模型
在圖1中，進程調用recvfrom,此調用直到數據報到達且拷貝到應用緩衝區或是出錯才返回。最常見的錯誤是系統調用被信號中斷，我們所說進程阻塞的整段時間是指從調用recvfrom開始到它返回的這段時間，當進程返回成功指示時，應用進程開始處理數據報。
下面是一個採用阻塞I/O模型編寫的簡單服務器端代碼（本代碼來至於Unix網絡編程）,這段代碼的功能是把客戶端發來的數據再回射到客戶端,本例子中進程阻塞於recvfrom.
#include "unp.h"
void dg_echo(int sockfd, SA *pcliaddr, socklen_t clilen);
int
main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
dg_echo(sockfd, (SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr));
}
main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
Bind(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
dg_echo(sockfd, (SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr));
}
void dg_echo(int sockfd, SA *pcliaddr, socklen_t clilen)
{
int n;
socklen_t len;
char mesg[MAXLINE];
for ( ; ; ) {
len = clilen;
n = Recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);
Sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
}
}
{
int n;
socklen_t len;
char mesg[MAXLINE];
for ( ; ; ) {
len = clilen;
n = Recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);
Sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
}
}
非阻塞I/O模型
當我們把一個sockt設置成非阻塞放式時，即通知內核：當請求的I/O操作非得讓進程睡眠才能完成時，不要讓進程睡眠，而應該返回一個錯誤。如圖:
當我們把一個sockt設置成非阻塞放式時，即通知內核：當請求的I/O操作非得讓進程睡眠才能完成時，不要讓進程睡眠，而應該返回一個錯誤。如圖:
圖2 非阻塞I/O模型
如圖2所示，前3次調用recvfrom時仍無數據返回，因此內核立即返回一個EWOULDBLOCK錯誤。第4次調用recvfrom時，數據報已經準備好了，被拷貝到應用緩衝區，recvfrom返回成功指示，接着就是我們處理數據報。
當一個應用進程像這樣對一個非阻塞sockt循環調用recvfrom時，我們稱此過程爲輪詢（polling）.應用進程連續不斷的查詢內核，看看某操作是否準備好,這對CPU是極大的浪費，但這種模型只是偶爾才遇到。
當一個應用進程像這樣對一個非阻塞sockt循環調用recvfrom時，我們稱此過程爲輪詢（polling）.應用進程連續不斷的查詢內核，看看某操作是否準備好,這對CPU是極大的浪費，但這種模型只是偶爾才遇到。
I/O複用模型
I/O複用能讓一個或多個I/O條件滿足（例如，輸入已經準備好被讀，或者描述字可以承接更多的輸出）時，我們就被通知到。I/O複用由select和poll支持，較新的Posix.1g也支持(pselect)。
I/O複用典型地用在下列網絡應用場合：
1.當客戶處理多個描述字時，必須使用。
2.一個客戶同時處理多個sockt.
3.如果一個服務器既要處理監聽sockt,又要處理連接sockt,一般也用到。
4.如果一個服務器既要處理TCP,又要處理UDP,一般也用到。
5.如果一個服務器要處理多個服務或多個協議（例如inetd守護進程），一般也用到。
I/O複用典型地用在下列網絡應用場合：
1.當客戶處理多個描述字時，必須使用。
2.一個客戶同時處理多個sockt.
3.如果一個服務器既要處理監聽sockt,又要處理連接sockt,一般也用到。
4.如果一個服務器既要處理TCP,又要處理UDP,一般也用到。
5.如果一個服務器要處理多個服務或多個協議（例如inetd守護進程），一般也用到。
I/O複用並非限於網絡編程，許多正是應用程序也需要使用這項技術。
有了I/O複用，我們就可以調用select或poll，在這兩個系統調用中的某一個上阻塞，而不阻塞於真正的I/O系統調用。圖3是I/O複用模型的一個小結。
圖3 I/O複用模型
我們阻塞於select調用，等待數據報socket可讀,當select返回socket可讀條件時，我們調用recvfrom將數據報拷貝到應用緩存區中。將圖3與圖1比較，似乎沒有顯示什麼優越性，實際上因使用了select,要求2此係統調用而不是一次，好像變的還有點差，但是select的好處在於我們可以等待多個描述字準備好。
信號驅動 I/O模型
圖4 信號驅動 I/O模型
首先我們允許sockt進行信號驅動 I/O，並通過系統調用sigaction安裝一個信號處理程序。此係統調用立即返回，進程繼續工作，它是非阻塞的。當數據報準備好被讀時，就爲該進程生成個SIGIO信號。我們隨即可以在信號處理程序中調用recvfrom來讀取數據報，並通知主循環數據已準備好被處理，也可以通知主循環，讓它來處理數據報。
無論我們如何處理SIGIO信號，這種模型的好處是當等待數據報到達時，可以不阻塞。主循環可以繼續執行，只是等待信號處理程序的通知：或者數據報已準備好被處理，或者數據報已準備好被讀取。
異步I/O模型
異步I/O模型是Posix.1的1993版本中的新內容。我們讓內核啓動操作，並在整個操作完成後（包括將數據報從內核拷貝到我們自己的緩衝區）通知我們。這種模型與信號驅動模型的主要區別在於：信號驅動I/O是有內核通知我們何時可以啓動一個I/O操作，而異步I/O模型是由內核通知我們I/O操作何時完成。圖5給出了一個例子。
圖5 異步I/O模型
我們調用aio_red(Posix異步I/O函數以aio_或lio_開頭)，給內核傳遞描述字、緩衝區指針、緩衝區大小（與red相同的3個參數）、文件偏移（與lseek類似），並高書內核當整個操作完成時如何通知我們。此係統調用立即返回，我們的進程不阻塞於等待I/O操作的完成。在此例子中，我們假設要求內核在操作完成時產生一個信號，此信號直到數據已拷貝到應用程序緩衝區才產生，這一點是於信號驅動I/O模型不同的。
各種I/O模型的比較
圖6 各類I/O模型的比較
圖6給出了上述5中I/O模型的比較。它表明：前4種模型的區別都在第1階段，因爲前4種模型的第2階段基本相同：在數據從內核拷貝到調用者的緩衝區時，進程阻塞於recvfrom調用。然而異步I/O處理的兩個階段都不同於前4個模型。
同步I/O與異步I/O
Posix.1定義這兩個術語如下：
1.同步I/O操作引起請求進程阻塞，直到I/O操作完成。
2.異步 I/O操作不引起請求進程阻塞。
根據上述定義，我們的前四個I/O模型都是同步I/O模型，因爲真正的I/O操作（recvfrom）阻塞進程，只有異步I/O模型與異步I/O的定義相符合。