浅谈Linux（Unix）的I/O模型

一、引言

IO指的是输入输出，在Linux操作系统中，共有5种IO模型，分别是：

• Blocking I/O (同步，阻塞I/O)
• Nonblocking I/O (同步，非阻塞I/O)
• I/O multiplexing (select and poll，多路复用，同步)
• Signal driven I/O (SIGIO，信号驱动，同步)
• Asynchronous IO (the POSIX aio functions，异步I/O模型)

Linux I/O的数据处理，存在两个阶段：

1. 等待阶段：DMA控制器从磁盘或网卡等，读取数据，将数据读取到内核空间。
2. 拷贝阶段：将数据从内核空间拷贝到用户空间。

二、五种模型

2.1 Blocking I/O

阻塞I/O模型，等待数据和拷贝数据的过程，都是阻塞的

2.2 Nonblocking I/O

非阻塞I/O模型，会采用while不断尝试数据读取，没有读到数据立刻返回false，读到了就结束while，将读到的数据从内核缓冲区拷贝到用户空间中，其中while过程非常快，因此不会阻塞

2.3 I/O multiplexing

多路复用I/O模型，类似阻塞I/O，不同的是用了两次系统调用，也是尝试读取数据，等准备好后再拷贝到用户空间，不同于Blocking I/O，I/O multiplexing基于Linux的select调用，多个线程的IO可以注册在一个管道上，统一和内核交互，哪个数据准备好了，就把哪一个的数据复制到用户空间。

2.4 Signal driven I/O

信号驱动的I/O模型，是非阻塞的，发起sigaction系统调用后，立刻返回，等数据读取完成后，Linux系统会主动发送一个sigio的信号给进程，进程监听到信号后，再去调用系统调用获取数据。

2.5 Asynchronous IO

异步I/O模型，和Signal driven I/O很像，不同的是将IO请求发送给内核后，完全由内核完成拷贝，内核完成操作后，会告诉进程拷贝已完成。