Unix 5 種 IO 模型的圖解分析和比較

（轉(zhuǎn)自 http://blog.csdn.net/blueboy2000/archive/2009/08/26/4485874.aspx ）

Unix 下共有五種 I/O 模型

l ????????? 阻塞 I/O

l ????????? 非阻塞 I/O

l ????????? I/O 復(fù)用（ select 和 poll ）

l ????????? 信號(hào)驅(qū)動(dòng) I/O （ SIGIO ）

l ????????? 異步 I/O （ Posix.1 的 aio_ 系列函數(shù)）

l ????????? 阻塞 I/O 模型

應(yīng)用程序調(diào)用一個(gè) IO 函數(shù)，導(dǎo)致應(yīng)用程序阻塞，等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。

如果數(shù)據(jù)沒(méi)有準(zhǔn)備好，一直等待。。。。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，從內(nèi)核拷貝到用戶空， IO 函數(shù)返回成功指示。

在這種模式下，基本上 IO 操作都會(huì)用一個(gè) Work Thread 來(lái)進(jìn)行（ Java ）。

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l ????????? 非阻塞 I/O 模型

我們把一個(gè)套接口設(shè)置為非阻塞就是告訴內(nèi)核，當(dāng)所請(qǐng)求的 I/O 操作無(wú)法完成時(shí)，不要將進(jìn)程睡眠，而是返回一個(gè)錯(cuò)誤。這樣我們的 I/O 操作函數(shù)將不斷的測(cè)試數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好，如果沒(méi)有準(zhǔn)備好，繼續(xù)測(cè)試，直到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好為止。在這個(gè)不斷測(cè)試的過(guò)程中，會(huì)大量的占用 CPU 的時(shí)間。

l ????????? I/O 復(fù)用模型

I/O 復(fù)用模型會(huì)用到 select 或者 poll 函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)也會(huì)使進(jìn)程阻塞，但是和阻塞 I/O 所不同的是，這兩個(gè)函數(shù)可以同時(shí)阻塞多個(gè) I/O 操作。而且可以同時(shí)對(duì)多個(gè)讀操作，多個(gè)寫操作的 I/O 函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，直到有數(shù)據(jù)可讀或可寫時(shí)，才真正調(diào)用 I/O 操作函數(shù)。

目前Java 只能支持到多路復(fù)用一級(jí)，在這種模式下，在一個(gè)線程里面以阻塞的模式監(jiān)聽連接，優(yōu)點(diǎn)在于不用開過(guò)多的線程以阻塞的模式等待連接。

l ????????? 信號(hào)驅(qū)動(dòng) I/O 模型

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首先我們?cè)试S套接口進(jìn)行信號(hào)驅(qū)動(dòng) I/O, 并安裝一個(gè)信號(hào)處理函數(shù)，進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行并不阻塞。當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好時(shí)，進(jìn)程會(huì)收到一個(gè) SIGIO 信號(hào)，可以在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用 I/O 操作函數(shù)處理數(shù)據(jù)。

l ????????? 異步 I/O 模型

調(diào)用 aio_read 函數(shù)，告訴內(nèi)核描述字，緩沖區(qū)指針，緩沖區(qū)大小，文件偏移以及通知的方式，然后立即返回。當(dāng) 內(nèi)核 將數(shù)據(jù)拷貝到緩沖區(qū)后，再通知應(yīng)用程序。

這個(gè)操作和信號(hào)驅(qū)動(dòng)的區(qū)別就是：異步模式等操作完畢后才通知用戶程序而信號(hào)驅(qū)動(dòng)模式在數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)就通知用戶程序。

幾種 I/O 模型的比較

前四種模型的區(qū)別是第一階段，第二階段基本相同，都是將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到調(diào)用者的緩沖區(qū)。而異步 I/O 的兩個(gè)階段都不同于前四個(gè)模型。

同步 I/O 和異步 I/O

a. 同步 I/O 操作引起請(qǐng)求進(jìn)程阻塞，直到 I/O 操作完成。異步 I/O 操作不引起請(qǐng)求進(jìn)程阻塞。

b. 我們的前四個(gè)模型都是同步 I/O ，只有最后一個(gè)異步 I/O 模型是異步 I/O 。

Java nio 和多路復(fù)用

java 1.4 nio 提供的 select ，這是一種多路復(fù)用 I/O （ multiplexed non-blocking I/O ）模型，底層是使用 select 或者 poll 。 I/O 復(fù)用就是，阻塞在 select 或者 poll 系統(tǒng)調(diào)用的某一個(gè)之上，而不是阻塞在真正的 I/O 系統(tǒng)調(diào)用之上。 JDK 5.0 update 9 和 JDK 6.0 在 linux 下支持使用 epoll ，可以提高并發(fā) idle connection 的性能（ http://blogs.sun.com/alanb/entry/epoll ）。

"BIO是指阻塞IO方式，即讀和寫必須為同步方式，NIO是指異步讀，同步寫的方式，AIO是指異步讀，異步寫的方式。
在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上java對(duì)于TCP/IP和UDP/IP均支持，在網(wǎng)絡(luò)IO的操作上，目前java僅支持BIO和NIO兩種方式。"