Linux I/O模型
- 阻塞式I/O模型
- 非阻塞式I/O模型
- I/O复用式模型
- 信号驱动式I/O模型
- 异步I/O模型
同步I/O与异步I/O的区别
对于I/O操作有两个对象，一个是调用I/O操作的应用进程，一个是Linux系统内核。当进程发起read操作，通常包含有两个不同的阶段。
- 等待数据就绪(可读)
- 将数据从内核复制到进程（用户空间）
I/O模型的区别就是在这两个阶段上有不同的情况。
同步I/O操作(synchronous I/O operation)会导致进程被阻塞,直到I/O操作完成。参照《unix网络编程》，里面提到的5中I/O模型里面其中4中都是同步I/O模型，分别是阻塞式/O模型、非阻塞式I/O模型、I/O复用模型、信号驱动式I/O模型，因为里面真正的I/O操作将阻塞进程。
异步I/O操作(asynchronous I/O operation)不导致进程阻塞。
同步I/O和异步I/O的真正的区别是真正的I/O操作是否会导致进程阻塞。具体表现为同步I/O需要进程真正的操作I/O,而异步I/O等待内核完成I/O操作后，再通知应用程序结果。
阻塞式I/O模型
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如图所示，recvfrom函数为系统调用，因为我们要区分到底是应用进程还是系统内核。进程调用recvfrom函数，系统调用直到数据报准备好且被复制到应用进程的缓冲区（用户空间）或者发送错误才返回。应用进程在调用recvfrom函数到返回这段期间都是被阻塞的。recvfrom函数返回成功后，应用进程才开始处理数据报。
非阻塞式I/O模型
进程把一个套接字设置成非阻塞是在通知内核：当所请求的I/O操作非得把本进程投入睡眠才能完成时，不要把本进程投入睡眠，而是返回一个错误。
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前三次调用recvfrom时没数据返回，因而内核返回ewouldblock错误。第四次调用recvfrom时已有一个数据报准备好，它被复制进应用进程缓冲区，于是recvfrom成功返回后，应用进程处理数据报。
当一个应用程序对非阻塞描述符循环调用recvfrom时，我们称之为轮询（polling）。应用程序持续轮询内核，查看某个操作是否就绪，往往耗费了大量的CPU时间。
I/O复用模型
关于I/O复用模型，一个通俗的解释是是“事件驱动”。操作系统为你提供了一个功能，当你的某个socket可读或者可写时，它可以给你一个通知。这样配合非阻塞的socket使用时，只有当系统通知应用程序哪个描述符可读时，应用程序才去执行read操作，可以保证每次read都能读到有效的数据而不用纯返回-1或者是EAGAIN的无用功。操作系统是是通过select/poll/epoll/kqueue之类的系统调用函数来实现的。这些函数都可以同时监视多个描述符的就绪状况。
多路复用是指使用一个线程来检查多个文件描述符（Socket）的就绪状态，比如调用select和poll函数，传入多个文件描述符（FileDescription，简称FD），如果有一个文件描述符（FileDescription）就绪，则返回，否则阻塞直到超时。得到就绪状态后进行真正的操作可以在同一个线程里执行，也可以启动线程执行（比如使用线程池）。
有了I/O复用（I/O multiplexing），我们就可以调用select或poll，阻塞在这两个系统调用中的某一个之上，而不是阻塞在真正的I/O系统调用上。下图概括展示了I/O复用模型：
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我们阻塞于select调用，等待数据报套接字变为可读。当select返回套接字可读这一条件时，我们调用recvfrom把所读数据报复制到应用进程缓冲区。
I/O复用并不显得有什么优势，事实上由于使用select需要两个而不是单个系统调用，I/O复用还稍有劣势。不过select的优势在于可以等待多个描述符就绪（与此相对应的方法是多线程+阻塞式I/O，即由每一个线程来调用阻塞式I/O系统调用）。
信号驱动式I/O模型
让内核在描述符就绪时发送SIGIO信号给信号处理程序通知应用程序。这种模型为信号驱动式I/O模型。
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首先开启套接字的信号驱动式I/O功能，并通过sigaction系统调用安装一个信号处理函数。该系统调用立即返回，我们的进程继续工作，也就是程序并没有被阻塞。当数据报准备好读取时，内核为该进程产生一个SIGIO信号。我们可以直接在信号处理函数中调用recvfrom读取数据报，并通知主循环数据已准备好待处理，也可以立即通知主循环，让它读取数据报。
无论如何处理SIGIO信号，这种模型的优势是在于等待数据到达期间进程不会被阻塞。主线程可以继续执行，只要等待来自信号处理函数的通知：即可以是数据报已准备好被处理，也可以是数据报准备好被读取。
异步I/O模型
异步I/O模型(asynchronous I/O)由POSIX规范定义。异步I/O的工作机制是告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作(包括把数据从内核复制到应用的缓冲区)完成后通知我们。这种模型与前面介绍的信号驱动模型的主要的区别是：信号驱动I/O告知我们何时可以启动一个I/O操作，而异步I/O模型告知我们I/O操作何时完成。
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我们调用aio_read函数，给内核传递描述符、缓冲区指针、缓冲区大小和文件偏移，并告诉内核当整个操作完成时如何通知我们。该系统调用立即返回，而且在等待I/O完成期间，我们的进程并不会被阻塞。本例子中我们假设要求内核在操作完成后产生某个信号。该信号直到数据复制到应用进程缓冲区才产生，这一点不同于驱动式I/O模型。
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