unix io 模型浅析

POSIX中对同步IO和异步IO的规定：

同步IO操作：引起进程的阻塞直到IO操作完成，异步IO操作：IO操作不会引起进程阻塞

在UNIX下，有5中操作模型：

阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动IO，异步IO

按照网络上的说法，前四种是属于同步IO，第五种才属于异步IO，对于这个结论，我的理解是根据用户进程是否阻塞来判断的（而不是内核进程）。关于同步和异步的一些讨论，可以参考http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=947563

阻塞IO

这是我们熟悉的IO模型，一个进程在作IO操作时，非要等到数据从内核空间拷贝到用户进程空间，才会返回。这个模型的优点就是简单，而且在阻塞的时候，CPU还可以进行调度，去执行别的进程。

非阻塞IO

一开始我看是非阻塞IO，觉得应该要比阻塞IO模型先进，可是当我一看使用方法的时候，就知道这个模型是不会被实际使用的，仅仅只能作为理论上存在的IO模型。这个模型的观点是：进行IO操作的时候，不阻塞，如果没有数据准备好，就直接返回错误码（或者是别的代码）。因此，使用者就只能不断进行轮询来调用IO函数。这样的后果就是，不仅在宏观上形成了与阻塞IO一共的“阻塞”效果，而且在微观上，CPU一直被用来轮询，造成了CPU的浪费。所以，这个模型还不如阻塞IO模型实用。

IO复用

对于IO复用，我的理解有三点：

在一次系统调用中，实现了询问多个描述符的IO准备情况 ―― 根据事件通知为了实现第一点，就需要把阻塞的地方进行转移。把一次系统调用，分为两次系统调用。第一次系统调用可以询问多个描述符的IO准备情况，在这个地方进行阻塞；而第二次系统调用，是针对已经准备好IO的描述符进行调用，此时，理论上（按照我的理解），也是会发生阻塞的，只不过是此时内核已经把数据准备好了，阻塞的时间可以忽略不计罢了。本质上，还是阻塞的。

信号IO

我们都知道，信号是UNIX提供了进程间进行通信的一种方式。我们常用的 kill -9 命令（kill是向进程传递信号量，9只是众多信号中的一个代号），或者是 Ctrl + C 的时候，就是向某个进程发出终止的信号，这样进程就退出了。

而对于信号IO的模型，我是这么理解的：进程在发起IO操作，系统调用之后，直接访问，内核会在IO数据准备好之后，以某个信号通知发起IO操作的进程，从而使得该进程的信号处理函数可以读取IO数据的操作。

本质上，这也是阻塞的IO模型，因为在信号处理函数中，同样也是要进行阻塞的，只是在在这个时候发起系统系统，内核已经把数据准备好了。

异步IO

这是真正的异步IO了。实现的机制是：用户在发起异步IO的系统调用时，会把相应的数据处理函数作为回调函数，等到IO数据准备好，内核会主动调用此回调函数。可以看出，用户进程在这种模型下，只调用了一次系统调用，而且是立即返回的，因此，就不会出现让进程阻塞的情况，也就符合了POSIX中异步IO的定义。

其实我理解起来，思路是和信号IO差不多的，唯一不同的地方，对于IO数据的操作，异步IO是由内核主动发起的，而信号IO是由用户进程发起的。