基础之IO的同步、异步、阻塞、非阻塞
重新梳理同步IO、异步IO、阻塞IO、非阻塞IO等相关概念。
在学习这些知识的时候，需要先限定一个范围，才能更好地解释。这里限定的范围是：Linux环境下的网络IO。
POSIX对同步IO和异步IO的定义如下：
- 同步IO操作导致请求进程阻塞，直到IO操作完成
- 异步IO操作不导致请求进程阻塞。
建议先阅读下《UNIX网络编程 卷一：套接字联网API（第三版）》第6.2节：I/O模型。
再缩小一下讨论的范围：Linux环境下的网络IO，并且是进程从网络获取数据这一操作。
进程从网络获取数据这一网络IO操作涉及到的对象有：
- 进程
- 系统内核
- 数据
进程从网络获取（read）数据会包含两个不同的阶段：
- 等待数据准备好
- 从内核向进程复制数据
等待数据准备好是指：等待数据从网络中到达，当数据分组到达时，数据会被复制到内核中的某个缓冲区中。
从内核向进程复制数据是指：把内核缓冲区中的数据复制到应用进程缓冲区。
同步IO、异步IO、阻塞IO、非阻塞IO这几个概念就是针对上面这两个阶段的不同情况来作区分的。
UNIX网络编程中将IO模型分成了五种：
- 阻塞IO模型
- 非阻塞IO模型
- IO复用模型
- 信号驱动式IO模型
- 异步IO模型
进程进行IO操作的一般包含：
- 进程发起recvfrom系统调用
- 系统内核等待数据准备好
- 系统内核将数据拷贝到进程缓冲区
- 系统内核通知进程结果
阻塞IO模型
从进程发起recvfrom系统调用，到系统内核等待数据准备好，再到系统内核将数据拷贝到进程缓冲区，最后到系统内核通知进程结果的过程中，进程都一直阻塞等待，直到系统内核告知了进程最后结果，进程才能解除阻塞，重新运行。
进程在IO执行的两个阶段：系统内核等待数据准备好、系统内核将数据拷贝到进程缓冲区，都被阻塞住了。
非阻塞IO模型
进程发起recvfrom系统调用后，如果没有数据准备好，系统内核会立刻返回一个错误给进程，进程会不断的进行recvfrom系统调用，直到系统内核准备好了数据。如果系统内核准备好了数据，进程发起的recvfrom系统调用就会阻塞住，等待系统内核将数据拷贝到进程缓冲区中，直到系统内核告知进程最后结果，进行才能解除阻塞，重新运行。
进程在IO执行的第一个阶段：系统内核等待数据准备好，没有被阻塞；在IO执行的第二个阶段：系统内核将数据拷贝到进程缓冲区，这一步被阻塞住了。
IO复用模型
IO复用模型实际应用是：select、poll、epoll。这种模型的核心思想就是一个进程可以同时处理多个网络连接。
进程发起select系统调用后，进程就会阻塞住，系统内核等待数据准备好后，select调用就会返回给进程结果，这时候进程会再发起一个recvfrom系统调用，此时数据准备好了，不需要阻塞在：系统内核等待数据准备好这一阶段，但是会阻塞在系统内核将数据拷贝到进程缓冲区中这一阶段，最后系统内核告知进程最后结果，进程才能解除阻塞，重新运行。
对于进程来说整个阶段还是阻塞的，只是阻塞在了select系统调用上。
信号驱动式IO模型
进程会首先发起一个sigaction系统调用，之后立刻返回，进程继续执行其他工作，进程没有被阻塞，也就是进程不需要阻塞在：系统内核等到数据准备好这一阶段。系统内核等到数据准备好之后，会返回给进程一个SIGIO信号，进程收到信号后发起recvfrom系统调用，此时数据准备好了，进程会阻塞在系统内核将数据拷贝到进程缓冲区中这一阶段，最后系统内核告知进程最后结果，进程才能解除阻塞，重新运行。
异步IO模型
进程会首先发起一个aio_read系统调用，并立即返回，进程继续其他工作，没有被阻塞。系统内核等到数据准备好，并将数据从内核拷贝到进程缓冲区中之后，会向进程发起一个信号，数据已经复制完成。
阻塞IO和非阻塞IO区别
阻塞IO和非阻塞IO的区别：从进程的角度看就是发起网络IO后，进程是阻塞等待还是立刻返回，如果是阻塞等待的就是阻塞IO，如果是立刻返回的就是非阻塞IO。
同步IO和异步IO区别
POSIX对同步IO和异步IO的定义如下：
- 同步IO操作导致请求进程阻塞，直到IO操作完成
- 异步IO操作不导致请求进程阻塞。
所以阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动式模型都有造成进程阻塞，都是同步IO。而异步IO模型没有导致请求进程阻塞，是异步IO。
最后还是要说一下，讨论阻塞和非阻塞、同步和异步，一定要划定一个范围，也就是要有上下文，才能尽可能正确的理解。
最后个人理解，在网络IO操作中：
- 阻塞和非阻塞是站在进程的角度来看，这一次网络IO是阻塞还是非阻塞的
- 同步和异步是站在我们的角度看进程是不是阻塞和非阻塞
参考
- 《UNIX网络编程 卷一：套接字联网API（第三版）》
- https://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378