1. 基本概念

首先回顾并理解一下网络IO中阻塞、非阻塞；同步、异步的概念。

首先我们要知道：一个典型的网络IO接口调用，分为两个阶段，分别是“数据就绪”和“数据读写”。
阻塞与非阻塞是“数据就绪”阶段的概念，同步与异步是“数据读写”阶段的概念。

1.1 阻塞与非阻塞

所谓阻塞，就是IO在没有准备好数据的时候，调用IO方法的线程会被阻塞，直至收到数据时解除阻塞；而非阻塞IO在没有准备好数据的时候IO方法一样会返回，线程不会被阻塞。以recv方法为例，我们一般这样调用：

int size = recv(sockfd, buf, 1024, 0);

我们创建的sockfd默认是阻塞的，那么当执行这个函数时，如果sockfd对应的socket上数据没有就绪（即TCP接收缓存区中无数据），则该线程会阻塞，再往下的代码不会执行；但如果我们使用fcntl设置sockfd对应的socket为非阻塞，该socket工作在非阻塞状态下，那么执行该函数时，无论是否有数据准备好，该函数都会返回，然后我们可以通过返回的size值和errno来判断是否读到数据：

size == -1 && errno == EAGAIN: 表示没有读到数据，是因为非阻塞才返回；
size == 0：表示对端断开连接；
size > 0 : 表示读到数据，size为数据的长度；

1.2 同步与异步

再来说网络IO的同步和异步。刚才我们讨论阻塞和非阻塞时，关注的是数据准备阶段且数据没有准备好的情况，现在我们讨论同步和异步，关注的是数据已经准备好（TCP接收缓存区中有数据），进入数据读写阶段时的情况。

同步：同步表示A向B请求调用一个网络IO接口时，数据的读写都是由请求方A自己来完成的（不管是阻塞还是非阻塞）
比如调用recv方法（recv是同步IO方法）的时候其检测到数据已经准备好，然后把数据从内核的TCP接受缓存区拷贝到我们传入的buf（recv方法的第二个参数）中，这一拷贝过程耗费的是调用recv的线程的时间，直至拷贝结束，recv才返回；

异步：异步表示A向B请求调用一个网络IO接口时，向B传入请求的事件以及事件发生时通知的方式，A就可以处理其它逻辑了，当B监听到事件处理完成后，会用事先约定好的通知方式，通知A处理结果。
比如某个应用程序调用了一个异步IO的API来处理数据读入（如aio_read），那么应用程序只需把需要监听的sockfd给内核传入，内核来负责数据的准备和读入。在此期间，应用程序可以做自己的事情。数据读入完毕以后，再通过信号等方式来通知应用程序。

1.3 为什么没有“异步阻塞”

把阻塞、非阻塞，同步、异步两两组合有：

同步阻塞
同步非阻塞
异步阻塞
异步非阻塞

其中，所有平时使用的Linux网络IO的API都是同步的（如write、read、recv等等），我们可以通过设置其关注的socket为阻塞或者非阻塞，这样就有了同步阻塞和同步非阻塞的API。

但是异步的API一定是非阻塞的，因为异步IO是要让内核帮我们完成数据的读写，让调用它的应用程序可以去做自己的事情，如果异步的同时又阻塞，那么应用程序无法做自己的事情，异步就失去了意义。

2. 五种IO模型

有了以上的知识铺垫，再学习Linux的五种IO模型就通畅很多。

2.1 阻塞 blocking

调用者调用了某个函数，等待这个函数返回，期间什么也不做，不停的去检查这个函数有没有返回，必须等这个函数返回才能进行下一步动作。下图以read为例。

2.2 非阻塞 non-blocking

非阻塞等待，每隔一段时间就去检测IO事件是否就绪。没有就绪就可以做其他事。非阻塞I/O执行系统调用总是立即返回，不管事件是否已经发生，若事件没有发生，则返回-1，此时可以根据 errno 区分这两种情况，对于accept，recv 和 send，事件未发生时，errno 通常被设置成 EAGAIN。

2.3. IO复用（IO multiplexing）

Linux 用 select/poll/epoll 函数实现 IO 复用模型，这些函数也会使进程阻塞，但是和阻塞IO所不同的是这些函数可以同时阻塞多个IO操作。而且可以同时对多个读操作、写操作的IO函数进行检测。直到有数据可读或可写时，才真正调用IO操作函数。

2.4 信号驱动（signal-driven）

Linux 用套接口进行信号驱动 IO，安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞，当IO事件就绪，进程收到SIGIO 信号，然后处理 IO 事件。

注意区分信号驱动和异步IO的区别：信号驱动中，内核在数据准备阶段是异步，但在数据读写阶段是同步，仍然要花费应用程序自己的时间；与非阻塞IO的区别在于它提供了消息通知机制，不需要用户进程不断的轮询检查，减少了系统API的调用次数，提高了效率。

2.5 异步（asynchronous）

Linux中，可以调用 aio_read 函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区的大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓冲区后，再通知应用程序。从图中可以看出，异步IO是内核负责把数据从内核空间拷贝到用户空间，不耗费应用程序自己的时间，而前面四种IO方式在数据读写阶段都需要应用程序自己负责。

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