网络编程之五种I/O模型在网络编程中有5中I/O模型

在网络编程中有5中I/O模型，今天我们就来聊一聊这5中模型的原理和区别。
1.阻塞I/O模型。
阻塞I/O模型通信示意图如下：
文章插图
阻塞I/O模型通信示意图
当用户调用了recvfrom这个系统调用后，内核就开始准备数据。对于网络I/O来说，很多时候数据还没有到达，这个时候要等足够的数据到来。而在这个时候，用户的进程会被阻塞，当数据准备好的时候，它就会将数据从内核拷贝到用户内存，然后返回结果，用户进程这时候才会解除阻塞的状态，重新运行起来。在阻塞I/O模型中，进程阻塞挂起不消耗cpu的资源，及时响应每个操作。适用于并发量小的网络应用开发。对于并发量大的应用，需要为每一个请求分配一个处理进程，系统开销大。
2.非阻塞I/O模型。
非阻塞I/O模型通信示意图如下：
文章插图
非阻塞I/O模型通信示意图
在非阻塞I/O模型中，当用户进程发出read操作时，如果内核中的数据还没有准备好，那么它并不会阻塞用户进程，而是立刻返回一个error 。从用户进程角度来讲，发起一个read操作，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。当用户进程判断得到一个error后，知道内核还没有准备好数据，于是再次发送read操作，一旦内核准备好了数据并且收到了用户进程的调用，他马上就会把数据拷贝到用户内存，然后返回。在这种模型中，用户进程需要不断的询问内核是否准备好，消耗cpu的资源，适合并发量较小且不需要及时响应的网络应用开发。
3.多路复用I/O模型。
多路复用I/O模型示意图如下：
文章插图
多路复用I/O模型通信示意图
【网络编程之五种I/O模型】 在多路复用I/O模型中，多个进程的I/O可以注册到一个复用器（Selector）上，当用户进程调用这个Selector ，如果Selector监听的所有I/O在内核缓冲区中都没有可读数据， select调用进程就会被阻塞，而当任意I/O在内核缓冲区中有数据时， select调用就会返回，而后select调用进程可以自己或者通知另外的进程再次发起读取I/O ，读取内核中准备好的数据。
多路复用模型相对于非阻塞模型来说，需要2个系统调用（recvfrom和select），但是Selector的优势在于一次能够处理多个连接，当连接很多的时候优势是很明显的，但是单个连接并不能处理的更快。多路复用模型适合高并发的服务器开发。
4.信号驱动I/O模型。
信号驱动I/O模型通信示意图如下：
文章插图
信号驱动I/O模型示意图
信号驱动模型是指进程向内核注册一个信号处理函数，然后用户进程返回不阻塞，当内核数据就绪时，返回一个信号给进程，用户进程便在处理函数中调用I/O读取数据。实际上I/O内核拷贝到用户进程的过程还是阻塞的，这种模式并没有实现真正的阻塞，是一种伪异步，实际中并不常用。
5.异步I/O模型。
异步I/O模型通信示意图如下：
文章插图
异步I/O通信模型示意图
用户进程发起aio_read操作后，给内核传递与read相同的描述符、缓冲区指针、缓冲区大小三个参数及文件偏移，告诉内核但整个操作完成时，如何通知我们立刻就可以开始去做其他的事情，从内核的角度来讲，当它收到一个aio_read后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生阻塞，内核会准备等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，内核会给用户进程发送一个信号，告诉它aio_read操作完成。
异步I/O的机制是：告诉内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成通知我们，它实现了真正的异步操作，是真正的异步模型，适合高性能高并发的应用。