I/O模型(I/O Models)
- 阻塞式I/O（blocking I/O）
- 非阻塞式I/O（nonblocking I/O）
- I/O多路複用（I/O multiplexing）
- 信號驅動I/O（signal driven I/O）
- 異步I/O（asynchronous I/O）
對於一個network I/O涉及兩個系統對象，一個是調用I/O的進程(process)，另一個是系統內核(kernel)。
下面用read操作來當做例子，當一個read操作發生時涉及的兩個步驟：
- 等待內核將數據準備好
- 內核將準備好的數據拷貝到進程，也就是從kernel space拷貝到user space
對於一個socket的read操作，第一步通常是等待網絡數據。當包到達時，會先拷貝到內核的內存中。然後第二步，把數據從內核的緩衝區拷貝到應用程序的緩衝區。
阻塞式I/O(blocking I/O)
姜太公釣魚，願者上鉤。魚竿丟下去，就等到魚上來，啥事不幹，啥事也幹不了。
當應用程序調用recvfrom這個system call，kernel只有等到準備好數據，把數據拷貝到應用程序的緩衝區，纔會返回。應用程序在調用recvfrom後，如果kernel沒有準備好數據，會被“睡覺”。進程一直阻塞着，在呼叫recvfrom這個system call之後，直到kernel返回數據，或者錯誤。
blocking IO的特點就是在IO執行的兩個階段都被block了。
非阻塞式I/O(nonblocking I/O)
魚竿下去，想看B站，看一會B站，看一下魚釣到沒。
非阻塞式I/O和阻塞式I/O很大的區別就在於，應用程序調用recvfrom，馬上會有返回，如果kernel還沒準備好數據，會返回錯誤EWOULDBLOCK。從用戶進程角度講 ，它發起一個read操作後，並不需要等待，而是馬上就得到了一個結果。應用程序收到error的返回，會再呼叫recvfrom。如果kernel準備好數據，就會把數據拷貝到應用程序的緩存區，返回。
如果一個應用程序處於類似循環呼叫recvfrom這個操作，這個稱爲polling，輪詢。
這個模型比較浪費CPU時間。
注意，非阻塞式I/O算是同步I/O，雖然在呼叫recvfrom會立刻收到返回，但是在copy datagram那裏是阻塞的，所以算是同步I/O
I/O複用(I/O Multiplexing Model)
一個魚竿太少了，就買20根魚竿，不斷看哪根魚竿釣到魚了。
I/O複用，相比阻塞式I/O和非阻塞式I/O，會呼叫兩個system call，一般由select，poll，epoll實現。這裏用select先 當例子。
應用程序在呼叫select之後被阻塞，直到返回有data可以讀。當select返回有data可以讀，應用程序就呼叫recvfrom把data copy到應用程序的緩衝區。
相比較阻塞式I/O和非阻塞式I/O，這個模式沒有優化什麼，但是最大的優點是可以處理多條連接。
在IO multiplexing Model中，實際中，對於每一個socket，一般都設置成爲non-blocking，但是，如上圖所示，整個用戶的process其實是一直被block的。只不過process是被select這個函數block，而不是被socket IO給block。
如果處理的連接數不是很高的話，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延遲還更大。select/epoll的優勢並不是對於單個連接能處理得更快，而是在於能處理更多的連接。
信號I/O(Signal-Driven I/O Model)
魚竿掛個鈴，丟下去，等鈴響了就收竿了。
異步I/O(Asynchronous I/O Model)
魚竿丟下去，僱個小弟在那幫我看，釣到了，打電話告訴我魚釣了，然後回去收魚。
異步I/O根據POSIX標準定義。
應用程序呼叫aio_read（POSIX異步I/O方法用aio_或lio_開頭）。系統會馬上返回並且應用程序沒有被阻塞，而是繼續執行。等到kernel準備好數據，並且拷貝到應用程序的緩衝區後，會給應用程序數據一個signal(應用程序通常告訴kernel怎麼通知)，告訴應用程序read操作已經好了。
和信號驅動I/O不同的是，異步I/O的應用程序整個進程都不會被阻塞，kernel拷貝好數據後，通知應用程序。而信號驅動，只是在數據可讀後通知應用程序，還要再呼叫recvfrom去讓kernel拷貝數據。
比較
blocking I/O vs nonblocking I/O
blocking：阻塞式I/O，非阻塞式I/O，I/O複用，信號驅動I/O
nonblocking：異步I/O
blocking IO會一直block住對應的進程知道相應操作完成，而nonblocking IO會在kernel還在準備數據的時候就返回，繼續執行。
asynchronous I/O vs synchronous I/O
synchronous：阻塞式I/O，非阻塞式I/O，I/O複用，信號驅動I/O
asynchronous ：異步I/O
POSIX對這兩個名詞的定義是：
- 一個同步I/O操作會導致進程阻塞直到該I/O操作完成
A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that
I/O operation completes. - 一個異步I/O操作不會導致進程被阻塞
An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked.
資料來源
<<UNIX Network Programming(Volume1,3rd)>> 6.2章