Linux五种IO模型
理解这五种I/O模型之前，我们得先清楚一个IO事件发生，它会经历哪些步骤：
对于一个网络IO（network IO） (这里我们以read举例)，它会涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的process (or thread)，另一个就是系统内核(kernel)。当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：
1 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)
2 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)
记住这两点很重要，因为这些IO Model的区别就是在两个阶段上各有不同的情况。
并且我们要知道，在Linux中，默认情况下所有的socket都是阻塞的。
1.阻塞IO（ blocking IO）
当kernel没有数据可读时，IO调用一直阻塞，直到kernel有数据时，将数据从kernel拷贝到用户空间，在此期间，等待数据的过程和拷贝数据的过程IO都是一直阻塞的，完成数据拷贝之后，才会解除阻塞，IO调用才返回。
举个例子：
当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据。对于network io来说，很多时候数据在一开始还没有到达（比如，还没有收到一个完整的UDP包），这个时候kernel就要等待足够的数据到来。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞。当kernel一直等到数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
所以，blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段都被block了。
2.非阻塞IO
当kernel无数据可读时，IO操作立即返回error，这时不会阻塞。并且一直轮询，当有数据可读时，将数据从kernel拷贝到用户空间，返回成功(拷贝过程仍然阻塞)。但需要用户进程轮询内核，直到读取到数据。
从图中可以看出，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个read操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发送read操作。一旦kernel中的数据准备好了，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
所以，用户进程其实是需要不断的主动询问kernel数据好了没有。并且在这个过程中，只有在数据拷贝到时候会阻塞，其他时间都不是阻塞。
3.IO多路复用 （IO multiplexing）
IO多路复用机制（有些地方也称这种IO方式为event driven IO）有多种方式，分为select、poll、和epoll三种。但poll已经不常用了。它的作用是监控多个文件描述符，将多个IO阻塞复用到一个select或epoll的阻塞上。select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。它的流程如图：
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。（所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。）
在IO 多路复用模型中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
4.同步IO（synchronous IO）
同步，可以理解为在执行完一个函数或调用后，一直等待系统的返回值或消息，这时进程是处于阻塞的，只有接收到返回的值或消息进程才往下执行。说白了，就是如果进程没有完成功能，进程就会一直阻塞，直到完成这个功能。 对于上面select来说，用户进程调用select这个系统调用后，如果当前没有准备好的数据报（不具备条件完成功能）则一直阻塞等待，直到有准备好的数据报，这时内核将成功信息返回给select后才返回（完成功能后返回），进程这时才会解除阻塞。
5.异步IO（Asynchronous IO）
发出异步IO后，IO操作立即返回，用户进程这时就可以去做别的事情了，之后的一切工作都又内核来完成。当kernel有数据可读时，内核自动将数据拷贝到用户空间 (不阻塞用户进程)，拷贝完成后向用户进程发送信号。
linux下的asynchronous IO其实用得很少。先看一下它的流程：
举例：
用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。
6.信号驱动IO(signal driven IO)
提前设定或注册IO相关信号，内核在描述符就绪时发送SIGIO信号，当前进程收到信号的时候，就意味着当前已经具备IO条件，接下来直接发起调用，拷贝数据 。在实际应用中并不常用，所以不过多介绍。
Q:阻塞IO(blocking)和非阻塞IO(non-blocking)的区别在哪？
调用blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel还准备数据的情况下会立刻返回。
阻塞与非阻塞说的是发起调用后是否能够立即返回—返回的时间不同
同步IO(synchronous)和异步IO(asynchronous)的区别在哪?
同步异步说的是发起调用后是否能够立即完成功能—完成功能的时间不同
两者的区别就在于同步 IO做”IO操作”的时候会将process阻塞。而异步不会。按照这个定义，之前所述的阻塞 IO，非阻塞 IO，IO 多路复用都属于同步 IO。
有人可能会说，非阻塞 IO并没有被block啊。这里有个非常“狡猾”的地方，定义中所指的”IO operation”是指真实的IO操作，就是例子中的recvfrom这个system call。non-blocking IO在执行recvfrom这个system call的时候，如果kernel的数据没有准备好，这时候不会block进程。但是，进程会一直轮询，当kernel中数据准备好的时候，recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中，在这段时间内，进程是被block的。也就是说，它会等到进程完成IO操作之后，才会彻底解除阻塞（这时就不需要再轮询了）；而异步IO则不一样，当进程发起IO 操作之后，就直接返回再也不理睬了，之后的事情就不用用户进程管了，而之后等待描述符就绪，和拷贝数据是直接让内核操作，直到kernel发送一个信号，告诉进程说IO完成。而在这整个过程中，进程完全没有被block。
Q:非阻塞IO(non-blocking)和异步IO(asynchronous IO）的区别。
在非阻塞 IO中，虽然进程大部分时间都不会被block，但是它仍然要求进程去主动的轮询（check），并且当数据准备完成以后，也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。
而异步IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人（kernel）完成，然后他人做完后发信号通知。在此期间，用户进程不需要去检查IO操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。
资料参考：https://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378