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IO模型

根据各自的特性不同，IO模型被分为阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO、异步IO、多路复用IO五类。

最主要的两个区别就是阻塞与非阻塞，同步与异步。

阻塞与非阻塞

阻塞与非阻塞最主要的区别就是程序在等待调用结果时的状态。

• 阻塞： 为了完成一个功能发起调用，如果不具备完成功能的条件，则调用会一直等待
• 非阻塞： 为了完成一个功能发起调用，如果不具备完成功能的条件，则立即报错返回

同步与异步

并发模型和I/O模型都有同步/异步的概念：

• 并发模式中两者最主要的区别就是功能完成的流程是否是顺序化的，

• I/O模型中两者最主要的区别是注册的是就绪事件还是完成事件，完成I/O操作的是用户程序自身还是内核系统。

• 同步： 功能完成的流程是顺序化的。注册就绪事件，读写事件由自身完成。

• 异步： 功能完成的流程是不确定的，注册完成事件，读写事件由内核完成。

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下列五种IO模型，从前往后处理的效率逐渐增加，对资源的利用也增加充分，但是流程也越来越复杂。

阻塞IO

发起IO调用，如果不具备IO条件，则一直等待直到条件就绪。以 recvfrom 为例：（recvfrom：UDP数据的读写函数）

• 优点： 流程以及代码实现都非常简单，任务顺序操作。
• 缺点： 任务处理效率较低，无法充分利用资源。

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非阻塞IO

发起一个IO调用，如果不具备IO条件，则立即报错返回（无需等待），继续执行其他命令。通过一个循环来不断发起IO请求，直到条件就绪。

• 优点： 与阻塞IO相比较来说，利用了等待的时间去做了其他的事情，对资源的利用更加充分。
• 缺点： 与阻塞IO对比，IO调用需要循环发起，流程更加复杂。 并且如果IO条件就绪了，也要等待同一个调用上一轮循环结束后进入当前循环，才能进行处理，这就导致了 IO 不够实时。

非阻塞IO可以通过 fcntl函数 设置描述符状态来实现：

void SetNoBlock(int fd) 
{int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);flag |= O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, flag);
}

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信号驱动IO

自定义一个IO就绪的信号，当IO就绪时就发出这个信号。在没有收到信号时，可以继续处理其他事情，一旦收到信号，就会中断当前操作，来优先处理IO事件。程序没有阻塞阶段。

• 优点： 相较于非阻塞IO，仍具有资源利用更加充分的优势；并且信号到来后就直接强行中断进行处理，更加实时。
• 缺点： 因为需要自定义信号，又要有主控流程也要有信号处理流程，并且还需要考虑信号是否可靠导致的事件丢失情况，流程会更加的复杂。

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多路复用IO

用于对大量的IO事件进行监控，能够让用户只针对就绪了指定事件（可读、可写、异常） 的IO进行操作。只针对就绪的描述符进行操作，避免了阻塞，并且提高了效率。

值得一提的是，I/O复用函数对I/O本身的读写操作是阻塞的，他们能提高程序效率的原因在于具有同时监听多个I/O事件的能力。

在 Linux 下，操作系统提供了三种模型：select模型、poll模型、epoll模型。

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异步IO

IO处理的顺序不确定，整个IO的过程（等待 + 数据拷贝）由操作系统来完成而并非用户。程序没有阻塞阶段。

流程：

1. 自定义一个IO完成信号
2. 发起异步调用后返回，此时用户可以继续处理其他事情
3. 系统进行IO事件的等待以及数据拷贝
4. IO完成后通过信号通知进程IO

• 优点： 对资源的利用最为充分， 以最高的效率进行任务的处理。
• 缺点： 资源消耗较高， 流程最为复杂。