五种I/O模型
文档地址：https://www.cse.huji.ac.il/course/2004/com1/Exercises/Ex4/I.O.models.pdf
五种I/O模型：
1. blocking I/O 阻塞I/O
2. nonblocking I/O 非阻塞I/O
3. I/O multiplexing (select and poll) I/O多路复用
4. signal driven I/O (SIGIO) 信号驱动I/O
5. asynchronous I/O (the POSIX aio_functions) 异步I/O
对于input操作，有两个不同的阶段：
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等待数据准备完毕（用户空间 通过 内核空间 调用系统资源，数据准备完毕是在内核里的）
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从kernel拷贝数据到相应的进程 （即从 内核空间 复制到 用户空间 的某个进程，内核空间是系统内核运行的地方，用户空间是用户程序运行的地方，两者是独立分割的，用户空间没有什么权限，只能通过内核空间调用系统资源）
对于socket的input，两个阶段通常是：
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等待网络的数据到达，并将数据拷贝到内核空间的buffer里。
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从kernel的buffer里拷贝数据到应用程序的buffer
1. 阻塞I/O
上图使用的是UDP协议，在这个过程中，进程调用 recvfrom 来接收数据，在这个过程中，程序一直是阻塞的，直到网络数据报到达本地，并且数据从内核空间拷贝到了用户空间，此时才会 return，当 recvfrom 成功 return 后，应用程序才获取到这个数据报。
从图看出，此模型全程阻塞。
2. 非阻塞I/O
首先，进程每隔一阵子调用一次 recvfrom 来接收数据，图中前三次调用 recvfrom，但是数据报没有准备好，所以每一次内核都返回 EWOULDBLOCK 错误，第四次调用 recvfrom，数据报此时已经准备完毕，拷贝到用户空间中后，recvfrom 成功返回，此时进程就获取到了值。
当系统用这种不停的循环的方法对一个非阻塞的描述符调用 recvfrom，这种被称为 polling
此模型并不阻塞，但是需要循环查询，浪费CPU的时间，低效。
3. 多路复用I/O
把一个 select 阻塞住，直到数据报 readable（也就是数据准备好了，可以被读取，readable 是 select 返回的值），当 select 返回 readable 时，说明数据报准备好了，此时就 recvfrom 接收数据，让数据报从内核空间拷贝到用户空间，拷贝完成后，recvfrom 返回成功，数据报也就成功的被用户程序所拥有了。
其实 select 并没有什么优势，反而略微有点劣势，因为它使用了两次系统调用，而不是一次。但是它的优势是它能够等待多个描述符准备好。
此模型也会阻塞，但是它可以等待多个描述符准备，因此还是有优势的。
4. 信号驱动的I/O
除了上面的方法，我们也可以使用信号，告诉内核当数据报准备好时，你就用信号通知我。
首先启动信号驱动I/O的socket，然后安装一个使用sigaction系统调用的signal handler，这个系统调用是立即返回的，并且返回后还继续执行，它是非阻塞的，当数据报准备好时，就会生成SIGIO信号，我们可以调用recvfrom从signal handler读取数据，并且告诉主循环数据已经准备好被获取了；或者我们可以通知主循环，让它自己读取数据。
此模型第一个阶段是非阻塞的，主循环可以做别的事情，但是从内核拷贝数据到用户的过程，是阻塞的。
5. 异步I/O
异步I/O是完全不阻塞的模型，它调用aio_read，会立刻返回，在等待I/O的过程中，进程是完全不阻塞的，我们猜测它可能在I/O完成时（这里的完成 包括从内核拷贝数据到用户）生成一个signal，这是它和信号I/O不同的地方（信号I/O不会拷贝数据到用户）
五种模型的比较：
简单来讲，如果把等待数据准备过程比作钓鱼时等待鱼上钩，把从内核拷贝数据到用户空间比作拉线收鱼，那么：
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阻塞I/O：守着一个鱼竿一直等待鱼上钩，期间不干别的事情，就等着，鱼上钩了就拉线取走鱼。
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非阻塞I/O： 弄个鱼竿搁在那儿，可以干别的事情去，每隔一段时间回来看一次有没有鱼上钩，直到有鱼上钩了，就拉线取走鱼。
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I/O 多路复用： 一次性弄好多鱼竿钓鱼（select就是可以同时等待多个描述符），这些鱼竿如果有任何一个有鱼上钩，就拉线取走鱼，没有的话就干等着鱼上钩，不干别的事情。
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信号I/O： 给一个鱼竿弄个铃铛，然后自己干别的事情去，一旦铃铛响了，说明鱼上钩了，就过来取走鱼。
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异步I/O：放个鱼竿钓鱼，然后自己干别的事情去，一旦鱼上钩了，鱼竿比较高级，自动把鱼拉上来放到桶里。
