一、什么是IO
我们知道Linux下一切皆文件，那么怎么样对这些文件进行有效的管理呢，那么文件描述符应运而生，文件描述符是Linux下抽象出的一种标识文件的概念或者术语。它是一个非负整数。Linux下通过一个文件描述符集合来映射管理所有文件。I/O呢？I/O（input/output），即输入和输出端口，操作系统每一个设备都有一个专有的I/O地址用来处理输入输出信息。CPU与外部设备之间的通信连接和数据交换都需要通过I/O地址来实现。Linux内核将所有外部设备都看作一个文件来操作，应用程序通过调用文件操作的系统调用来与内核进行交互，来实现设备的访问和操作。Linux下I/O操作又分为Linux系统提供的I/O方法和C接口提供的I/O操作方法，两者区别在于C标准在用户空间进行了一层封装，基于流式的操作方法，通过在用户空间创建缓冲区来减少系统调用的次数来提高效率。在Linux的缓存I/O机制中，操作系统会将I/O的数据缓存在文件系统的page cache中，数据会先被拷贝到page cache中，操作系统定时将page cache中的数据刷新到磁盘。
二、阻塞和非阻塞、同步和异步
1.同步和异步
这两个概念与消息的通知机制有关。
同步
所谓同步，就是在发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。比如，调用readfrom系统调用时，必须等待IO操作完成才返回。
异步
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。比如：调用aio_read系统调用时，不必等IO操作完成就直接返回，调用结果通过信号来通知调用者。
2.阻塞与非阻塞
阻塞与非阻塞与等待消息通知时的状态有关。
阻塞
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。
阻塞和同步是完全不同的概念。首先，同步是对于消息的通知机制而言，阻塞是针对等待消息通知时的状态来说的。而且对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。
非阻塞
非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回，并设置相应的errno。
虽然表面上看非阻塞的方式可以明显的提高CPU的利用率，但是也带了另外一种后果就是系统的线程切换增加。增加的CPU执行时间能不能补偿系统的切换成本需要好好评估。
事例
以小明下载文件为例，对上述概念做一梳理：
①、同步阻塞：小明一直盯着下载进度条，到 100% 的时候就完成。
同步：等待下载完成通知；
阻塞：等待下载完成通知过程中，不能做其他任务处理；
②、同步非阻塞：小明提交下载任务后就去干别的，每过一段时间就去瞄一眼进度条，看到 100% 就完成。
同步：等待下载完成通知；
非阻塞：等待下载完成通知过程中，去干别的任务了，只是时不时会瞄一眼进度条；【小明必须要在两个任务间切换，关注下载进度】
③、异步阻塞：小明换了个有下载完成通知功能的软件，下载完成就“叮”一声。不过小明仍然一直等待“叮”的声音（看起来很傻，不是吗）。
异步：下载完成“叮”一声通知；
阻塞：等待下载完成“叮”一声通知过程中，不能做其他任务处理；
④、异步非阻塞：仍然是那个会“叮”一声的下载软件，小明提交下载任务后就去干别的，听到“叮”的一声就知道完成了。
异步：下载完成“叮”一声通知；
非阻塞：等待下载完成“叮”一声通知过程中，去干别的任务了，只需要接收“叮”声通知。
三、五种IO模型
1、阻塞 I/O
2、非阻塞 I/O
3、I/O 多路复用
4、信号驱动 I/O（ SIGIO）
5、异步 I/O
一般来说，程序进行输入操作有两步：
1．等待有数据可以读
2．将数据从系统内核中拷贝到程序的数据区。
五种Linux IO模型详解(https://blog.csdn.net/z_ryan/article/details/80873449)
