Linux下阻塞与非阻塞，同步与异步的关系及IO模型

一、阻塞与非阻塞，同步与异步的关系

1、同步

  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。也就是说事情必须一件一件地做，等前一件做完了才能做下一件事。

2、异步

  异步，就是在发出一个功能调用时，调用者不会立刻得到结果。实际处理这个调用的部件是在调用发出后，通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

3、阻塞

  阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态。在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行）。函数只有在得到结果之后才会返回。

4、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。

5、总结

  同步和异步是一个过程，阻塞和非阻塞是线程的一种状态。

  同步和异步描述的是获得功能调用（结果）的方式。阻塞和非阻塞描述的是在获得功能调用（结果）的过程中，当前线程的状态。

同步，就是我调用一个功能，该功能没有结束前，我死等结果。
异步，就是我调用一个功能，不需要知道该功能结果，该功能有结果后通知我（回调通知）
阻塞， 就是调用我（函数），我（函数）没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
非阻塞，就是调用我（函数），我（函数）立即返回，调用者通过忙轮询去获取结果。

二、Linux下五种IO模型

1、阻塞IO

  分析：从上图可以看到在整个过程中，当用户进程进行系统调用时，内核就开始了I/O的第一个阶段，准备数据到缓冲区中，当数据都准备完成后，则将数据从内核缓冲区中拷贝到用户进程的内存中，这时用户进程才解除block的状态重新运行。

  例如：我要去饭堂吃饭，这时饭堂的人很多，我就得排队买饭，排队的时间被浪费了，

2、非阻塞 I/O

  分析：从上图可以看到在I/O执行的两个阶段中，用户进程只有在第二个阶段被阻塞了，而第一个阶段没有阻塞，但是在第一个阶段中，用户进程需要盲等，不停的去轮询内核，看数据是否准备好了。

  例如：我要去饭堂吃饭，这时饭堂的人很多，一般来说我需要排队买饭，但我们饭堂的管理最近变的比较人性化，你点完饭后，会给你一个号码，但饭堂噪声很大，我不得不频繁的询问我的饭是否做好了，但是我可以利用之前排队的时间去买瓶饮料喝！

3、多路复用IO

  分析：从上图可以看到在I/O复用模型中，由于非阻塞方式需要不断主动轮询，轮询占据了很大一部分过程，轮询会消耗大量的CPU时间，而 “后台” 可能有多个任务在同时进行。如果循环查询多个任务的完成状态，只要有任何一个任务完成，就去处理它。轮询不是进程的用户态。这时 “IO 多路复用”就出现了。即UNIX/Linux 的 select、poll、epoll，IO多路复用是阻塞在select，epoll这样的系统调用之上，而没有阻塞在真正的I/O系统调用如recvfrom之上。从整个IO过程来看，他们都是顺序执行的，因此可以归为同步模型(synchronous)。都是进程主动等待且向内核检查状态。

  例如：我要去饭堂吃饭，这时饭堂的人很多，点完饭后，我会拿到一个号码，以前我不得不频繁的询问我的饭做好了没，但是最近饭堂安装了一块电子显示屏，你的饭好了就会在屏上显示出来，这时候我就不用频繁的去问了，直接看电子显示屏就醒了，然后我就可以利用这个时间去超市买个牙膏了。

4、信号驱动I/O

  分析：从上图可以看出，只有在I/O执行的第二阶段阻塞了用户进程，而在第一阶段是没有阻塞的。该模型在I/O执行的第一阶段，当数据准备完成之后，会主动的通知用户进程数据已经准备完成，即对用户进程做一个回调。该通知分为两种，一为水平触发，即如果用户进程不响应则会一直发送通知，二为边缘触发，即只通知一次。

  例如：我要去饭堂吃饭，这时饭堂的人很多，点完饭后，我会拿到一个号码，虽然说饭堂安装了一块电子显示屏，但我在玩手机时还不得不抬头看一下显示屏上有我的号码没，最近饭堂买了一个大喇叭，哪个号码好了，卖饭的阿姨就会用喊，虽说饭堂有点吵，但这个声音还是可以听到的，这样我就可以专心的低头玩手机了。

5、异步 I/O

  分析：从上图可以看出，在该模型中，当用户进程发起系统调用后，立刻就可以开始去做其它的事情，然后直到I/O执行的两个阶段都完成之后，内核会给用户进程发送通知，告诉用户进程操作已经完成了。

  例如：我要去饭堂吃饭，估计这会饭堂的人很多，但最近我们饭堂可以叫外卖了，这样就省事多了，我直接打个电话，订份饭送到我们宿舍，而我现在就可以利用原来去饭堂路上和等饭的时间写博客了。

参考：https://www.toutiao.com/i6618683062395863560/?tt_from=mobile_qq&utm_campaign=client_share&timestamp=1541693336&app=news_article&utm_source=mobile_qq&iid=41695181029&utm_medium=toutiao_android&group_id=6618683062395863560
https://blog.csdn.net/baiye_xing/article/details/74331041