公众号：I/O异步与同步
我们的程序，如果要对I/O设备进行操作，比如通过一个socket发送数据，文件的读写，是怎么实现的呢？ 要知道，为了保证系统安全以及抽象化（避免每个进程都需要对IO设备进行编码），进程是无法直接操作I/O设备的，必须通过系统调用请求Kernal来协助完成I/O操作。
而在冯诺依曼架构下，I/O操作往往特别慢，为了降低延迟，提高吞吐量以及数据处理速率，内核就会为在内核空间每个I/O设备维护一个buffer。这样，进程对内核请求时，数据都通过内核buffer来交互，而内核与I/O交互过程中，I/O设备响应可能很慢，所以内核必须等待IO设备将数据复制到内核空间中。
这样，数据从I/O设备复制到内核空间，内核需要进行一次等待，进程从内核buffer中获取数据，在内核缓冲区准备好之前，进程也需要一次等待。根据等待模式的不同，I/O模式分为五种：
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阻塞I/O (blocking I/O)
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非阻塞I/O (nonblockong I/O)
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I/O复用 I/O (multiplexing)
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信号驱动I/O (signal driven I/O)
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异步I/O (Asynchronous I/O)
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阻塞I/O
阻塞I/O执行的系统调用可能因为无法立刻完成，导致被请求的进程被系统挂起，直到I/O完成为止。比如，connect发起连接时，connect首先发送同步报文给服务器，等待服务器返回确认报文。如果服务器的确认报文没有立即到达，connect调用被系统挂起，直到客户端收到确认报文并唤醒connect调用。
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非阻塞I/O
非阻塞I/O允许进程在请求 I/O 操作后，如果数据未准备好，立即得到一个错误返回，根据errno,通常是EWOULDBLOCK 或 EAGAIN，对connect来说，errno被设置为EINPROGRESS。这样，进程可以继续执行其他任务，不必阻塞等待 I/O 操作完成。
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I/O复用
I/O复用允许单个进程同时等待多个I/O操作中的任何一个完成。通常通过 select(), poll(), 或 epoll() 系统调用实现。进程阻塞在这些调用上，直到一个或多个 I/O 操作完成，从而有效地监听多路 I/O 资源而不是只关注单一资源。 -
信号驱动 I/O（Signal-driven I/O）
信号驱动 I/O 模式中，进程可以继续执行，直到内核某个时刻准备好数据并通过发送信号通知进程。这种模式下，进程不需要在调用期间阻塞，也无需频繁检查数据是否可用。比较适合事件驱动模式，减少轮询开销。 -
异步I/O(noblocking all the way(signal when I/O is completed)
异步 I/O 模式下，进程发起 I/O 操作后可以立即执行后续指令，不需等待 I/O 操作的完成。内核会在整个 I/O 操作完成后通知进程，这包括数据从 I/O 设备复制到内核缓冲区，以及从内核缓冲区复制到进程缓冲区的过程。如windows的IOCP模式。
总结
可以看出，IO操作的时候，进程可以等待IO操作完成（同步），也可以不等待IO完成直到内核完成后通知进程（异步），这就是同步和异步的区别。同步模型中，进程可以阻塞等待IO完成，也可以不阻塞而是通过轮询(如select)或者事件监听(如epoll)的方式来判断IO是否完成。
当然，也可以通过数据从内核空间到用户空间的拷贝，是操作系统自己完成的，还是进程来操作，来判断是同步还是异步。
