刨根问底拦不住——I/O模型

前言

看过很多资料，很多对I/O模型概念模糊甚至错误，希望这篇文章有助理解I/O，欢迎讨论和纠正

参考资料：《UNIX网络编程卷1》 P122

I/O中涉及概念

介绍阻塞非阻塞，同步异步之前，先分析一下I/O请求过程：

等待数据准备好
从内核向进程复制数据

过程1决定是否阻塞，过程2决定是否同步

误区1：不要以为是否阻塞和是否同步会排列组合成4中状态，实际上只有三种：同步阻塞，同步非阻塞，异步非阻塞（一般来说异步非阻塞就成为异步，都异步了还阻塞啥？很多资料竟然还扯异步阻塞）

那么究竟什么是同步异步，阻塞非阻塞？

同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)

所谓同步，就是在发出一个*调用*时，在没有得到结果之前，该*调用*就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。

而异步则是相反，*调用*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在*调用*发出后，*被调用者*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。

总结：

同步和异步说的是消息通知机制：同步的情况下,是由处理消息者自己去等待消息是否被触发,而异步的情况下是由触发机制来通知处理消息者

阻塞非阻塞说的是消息处理机制：

Unix可用的5中I/O模型：

阻塞式I/O
非阻塞式I/O
I/O复用（select和poll）
信号驱动式I/O（SIGIO）
异步I/O（POSIX的aio_系列函数）

生活中的例子

我经常和同学去吃庆丰包子，从点餐开始就出现了I/O模型

我：应用程序

前台：内核

点餐：I/O请求

阻塞式I/O：我去前台点餐（I/O请求），点玩后站那毛都不干（等待数据，进程sleep），于此同时前台让后厨准备包子，后厨做好后给前台（数据准备好），我端着盘子去找位置坐下（复制数据）

非阻塞式I/O：我去前台点餐（I/O请求），点玩后站在那里无聊，就和朋友打电话（等待数据但进程没有sleep），但眼睛还是时不时扫一眼看看包子好没好（轮询内核），于此同时前台让后厨准备包子，后厨做好后给前台（数据准备好），我端着盘子去找位置坐下（复制数据）

I/O复用（select和poll）：班里组织吃包子，4人一桌，班长说各位落座，我自己在前台等着通知大家，班长记录了一个纸条，上面是对应的桌子和点的餐（描述符集合），他在前台等着谁的包子做好了就叫谁，被叫到的同学端着盘子回到座位（复制数据）

信号驱动式I/O：事实上这种才是庆丰包子铺的做法，我我去前台点餐（I/O请求），服务员给我一个号码，然后我落座跟同学吹牛逼，一会服务员叫到38号你的包子好了（信号），我就屁颠屁颠跑到前台把包子端回来（复制数据）

异步I/O：（POSIX的aio_系列函数）：由于常去庆丰吃包子，我成为了VIP用户。这天我去前台点餐（I/O请求），然后我落座跟同学吹牛逼，吹到一半包子好了，但是服务员也没叫我（事实上我都不知道包子好了这件事），我还在继续吹牛逼，服务员这时把包子端上来了（复制数据由内核完成了）。这实际上是饭点常用的做法

总结：等待包子做好的过程是等待数据，等待过程中你是挂起还是搞基（是否sleep）决定了是否阻塞；包子准备好了，是你自己去取还是让服务员给你拿来决定了是否是异步，事实上如果你选择让服务员给你拿来（异步），也就没必要看着盯着前台看看包子是否做好了，因为你不用关心是否做好了（因为好了后服务员给你拿过来），从这个角度去思考就知道为什么没有异步阻塞了

陈硕在知乎上的回答也印证了这一点：

刨根问底拦不住——I/O模型-LMLPHP