简述五种网络I/O模型

同步与异步

同步与异步的概念描述是用户线程与内核的交互方式，其关心的是消息通信的机制：
同步（Synchronous）是指用户线程发起IO请求后需要等待或者轮询内核IO操作完成后才能继续执行。
异步（Asynchronous）是指用户线程发起IO请求后仍继续执行，当内核IO完成后会通知用户线程，或者调用用户线程注册的回调函数。
举例来说，同步的时候，假如说你去买书吧，你问老板有没有apue这本书，老板就要帮你去找，找了半天，这个半天也许几秒也许几个小时，然后找没找到回来告诉你一声。而异步的时候呢，同样是去买书，老板这时候在忙，他说等他他找到了打电话告诉你然后你就回去了。回去后老板会通过回电这种方式来告诉你找没找到书。

阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞的概念描述的是用户线程调用内核IO操作的方式，其关注的是程序在等待调用结果时的状态。
阻塞（Block）是指IO操作在没有接受完数据或者没有得到结果之前不会返回，需彻底完成后返回用户空间。
非阻塞（Unblock）是指IO操作被调用后立即返回一个状态值，无需等到操作完成。
还是上面的例子来说：如果是阻塞式的，你打电话去问老板有没有apue，在老板没有告诉你之前（返回结果）你是不会挂掉电话的。如果是非阻塞式的你会觉得在这里等很浪费找时间，你他没有给你答复的时间你就该干嘛干嘛去，过再来看老板给没给你回复（返回结果）。
借用《Unix网络编程》的模型图片来解释网络I/O的五种模型：

（一）阻塞IO模型（Blocking I/O）

在这里插入图片描述
阻塞IO模型（Blocking I/O）：这可能是我们最容易想到的一种网络模型，再linux默认情况下所有socket就是阻塞式的，从图中我们可以了解到当用户进程调用了recvfrom这个系统调用时，内核（kernel）就开始了准备数据阶段。而对网络的IO来说，这时候还没有数据需要处理，因此内核就需要等待数据到来，而在用户进程这边进程会被阻塞，当内核准备好数据后，就会将数据从内核拷贝到用户内存，内核返回结果，用户结成才会接触阻塞状态。
例如在刚接触网络编程中的：

fd = connect() 

write(fd)

read(fd)

close(fd)

这些接口都是阻塞型的，read需要在write后才能执行，这个模型可以通过多线程/多进程的方式改进。

（二）非阻塞IO模型（Non-blocking I/O）

在这里插入图片描述
非阻塞IO模型（Non-blocking I/O）：上面说过默认socket都是阻塞的，非阻塞IO是建立在阻塞IO的基础上，将socket设置为NONBLOCK，可以使用ioctl系统调用设置。从图中我们可以了解到，例如用户进程发出一个read操作时如果内核（kernel）没有准备好数据，他不会让用户进程阻塞在这里等待数据，而是返回一个错误，从用户的角度讲，只要我发起的一个操作，不管成功否都会得到一个结果，如果我用户得到了一个错误那我就知道是因为read的数据没有准备好，会再次发起read操作，这个时候内核准备好数据了，就会拷贝到用户内存中完成交互。
但是用户这种反复请求，不断轮询消耗了大量的CPU资源，因此一般很少直接用这种模型，而是在其他模型中利用了非阻塞着一种思想。

（三）IO多路复用模型（IO muitiplexing）

在这里插入图片描述
IO多路复用（IO muitiplexing）：该模型是建立在内核提供的多路分离函数select的基础上，使用select可以避免非阻塞中不断轮询的问题，还有代表poll，epoll。
从图中我们可以了解到当用户调用了select函数时，整个进程会阻塞在这里，在阻塞的同时，内核会监听seletc管理的socket（用户需要进行IO操作的socket添加到select里），当其中数据到达时，socket会被激活，select返回，用户调用相应函数从内核拷贝数据到用户内存。虽然该流程和阻塞IO模型（Blocking I/O）很相似，但是select的优点在于可以在这一个阻塞的时刻监听多个socket的IO请求，而即可达到同一线程内处理多请求。而在阻塞模型则需要多进程/多线程方式来解决。

（四）信号驱动IO模型（Asynchronous IO）

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信号驱动IO（Asynchronous IO）：当用户发起一个read操作后，内核会首先返回，不会产生阻塞，然后等待内核准备完数据后，以SIGIO信号通知请求用户将数据拷贝到用户内存。

（五）异步IO模型（Asynchronous IO）

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异步IO模型（Asynchronous IO）:也称为异步非阻塞IO ，在该模型中不使用read和write这种系统接口了，而是调用内核接口。当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在用户线程的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程使用，这样用户线程就是一种非阻塞状态。windows的IOCP就是这样的模型。