前xia言che

昨天晚上携程笔试还有3分钟结束的时候，收到腾讯的面试电话，肯定接啊。三天前就因为网易笔试的时候腾讯打来电话重约了时间。问了挺多问题的，大概13 4个吧，有两个没答上来，一个没答好，而且可能是因为紧张吧，答的深度也不够。估计要凉凉。有一个问题我影响比较深刻，面试官问到同步IO与异步IO，前几天正好有看stevens的UNP里面有一节提到过这个，所以答的还算可以吧。今天特地总结下，为后面的epoll学习做个铺垫（也问epoll了，说不会…估计已经凉了一半）。

概述

IO模型可以分为两大类，一个是同步IO，一个是异步IO。同步IO中又可以分为：阻塞IO，非阻塞IO，IO多路复用和信号驱动式IO
对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。也就是说：IO发生时会涉及到两个对象，一个是调用这个IO函数的进程，另一个就是内核。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

等待数据准备好 (Waiting for the data to be ready)
将数据从内核缓冲区拷贝到进程缓冲区中 (Copying the data from the kernel to the process)

若根据第二阶段的不同，可以划分出同步IO与异步IO；若根据这两个阶段的不同，可以划分出五种IO：

阻塞 I/O（blocking IO）
非阻塞 I/O（nonblocking IO）
I/O 多路复用（ IO multiplexing）
信号驱动 I/O（ signal driven IO）
异步 I/O（asynchronous IO）

同步IO

阻塞IO

在linux中，默认情况下所有的socket都是阻塞的，比如一个典型的读操作流程：

当用户进程调用了recvfrom系统调用，进程由用户态陷入内核态，此时内核开始IO的第一个阶段：准备数据。如果此时数据还没有准备好，这个过程需要等待，整个进程会被阻塞。直到内核将数据准备好，然后将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区，内核返回结果，此时用户进程才解除阻塞状态，重新运行。

所以，阻塞IO的特点是在IO两个阶段都发生阻塞。

非阻塞IO

linux下可以设置socket（通过fcntl函数）使其变为非阻塞。当对一个非阻塞socket执行读操作时：

用户进程发出read操作时，如果内核中的数据还没准备好，那么它不会阻塞用户进程，而是立刻返回一个error。用户进程不需要等待，调用后立刻得到一个结果。发现是一个error时，它便知道数据还没有准备好，于是再次发送read操作。直到内核中的数据准备好了，并且再次收到用户进程的read调用时，内核将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区，然后返回。

所以，非阻塞IO的第一阶段不阻塞，而是不停地轮询询问，只在第二阶段阻塞。

IO多路复用

这也就是常用的select，poll，epoll了（昨晚问我了解epoll么，我说不了解….但是今晚了解了。哭晕…）。它们的特点是单个进程可以同时处理多个网络连接的IO。因为select，poll，epoll可以不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了或者准备好了，就通知用户进程。在调用select后，进程会被阻塞（不是被socket IO阻塞的，而是被select阻塞），同时内核会监视select负责的所有socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回，进程唤醒，然后调用read操作，将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。

所以，IO多路复用的特点是两个阶段都会阻塞。

信号驱动IO

信号驱动IO的原理是：当用户进程读取数据时，如果此时数据没有准备好，那么该调用会返回，进程不会阻塞，可以干其他的事情，但是此时内核已经在进行第一阶段的操作了：开始准备数据。当数据准备好时，内核会向用户进程发送一个信号，表示数据已经准备好可以读了，用户进程再调用read系统调用将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区中，拷贝完成才返回。