• 本文目录导读：
• 1、引言
• 2、阻塞式IO
• 3、非阻塞式IO
• 4、多路复用IO
• 5、信号驱动IO
• 6、异步IO

引言

在计算机领域中，输入/输出（I/O）是一项基本技术。操作系统需要处理多个I/O请求，而不同的操作系统和应用程序采用不同的I/O模型来管理和处理这些请求。Linux作为一个流行的操作系统，在I/O方面也有着自己独特的方式。

本文将深入探讨Linux下常见的五种I/O模型，并分析它们各自的优缺点，帮助读者更好地理解并选择适合自己应用场景的I/O模型。

阻塞式IO

阻塞式IO是最简单、最基础、也是最常见的一种I/O模型。在这种模式下，当用户进程调用一个阻塞式读函数时（如read()），内核会将该进程挂起直到数据可读或者出错才返回结果给用户进程。

优点：

– 实现简单易懂；

– 对CPU资源占用较低。

缺点：

– 用户进程会被挂起等待数据返回，浪费了CPU资源；

– 无法同时处理多个连接请求。

适合场景：

对于服务器端程序来说，如果只有少量客户端连接且每个连接所需时间较短，则可以使用阻塞式IO。但是如果客户端连接数过多或者每个连接所需时间较长，则会导致服务器性能下降。

非阻塞式IO

非阻塞式IO相比于阻塞式IO，用户进程不会被挂起等待数据返回，而是立即返回一个错误码（EWOULDBLOCK），告诉用户进程当前无法读取到数据。用户进程可以继续执行其他任务，之后再通过轮询方式来检查是否有数据可读。

– 不会浪费CPU资源；

– 可以同时处理多个连接请求。

– 实现复杂度高；

– 轮询方式会占用大量CPU资源；

– 需要不断地进行轮询操作，对系统开销较大。

在客户端连接比较少的情况下可以采用非阻塞模型。但是由于需要不断地进行轮询操作，因此对于高并发应用来说不太适合。

多路复用IO

多路复用I/O模型使用select/poll/epoll等函数来监听多个文件描述符上的事件。当其中某些文件描述符上有事件发生时（如可读、可写等），内核将状态信息通知给用户进程，并且只返回已经准备好的文件描述符列表给用户进程处理。

– 可以同时处理多个连接请求；

– 能够有效减少CPU轮询的开销。

– 文件描述符集合需要不断更新，对系统开销较大。

在客户端连接较多的情况下可以采用这种模型，能够有效地提升服务器性能。

信号驱动IO

信号驱动I/O模型使用sigaction函数来注册一个信号处理函数，当数据可读时内核向用户进程发送一个SIGIO信号。用户进程收到该信号后即可调用读取数据的函数进行操作。与非阻塞式I/O相比，这种方式避免了轮询操作的开销，并且不会浪费CPU资源。

– 相对于非阻塞IO来说实现简单易懂。

– 由于是异步通知机制，因此需要一定的时间响应时间延迟。

在客户端连接数比较高、每个连接所需时间不长且响应时间可以接受时可以采用该模型。但是如果响应时间过长则可能影响整体性能表现。

异步IO

异步I/O模型中用户进程调用异步读取函数时，内核会立即返回结果并继续执行其他任务。当数据可读时，内核将数据复制到用户进程缓冲区，并向用户进程发送一个信号通知其操作完成。

– 实现简单易懂。

– 对于应用程序来说实现复杂度较高。

I/O模型是操作系统中非常重要的一部分，不同的I/O模型有着各自的优缺点和适用场景。在实际开发中需要根据自己的情况选择最合适的I/O模型来提升系统性能和稳定性。