我們看到TCP客戶同時處理兩個輸入：標准輸入和TCP套接字。我們遇到的問題是就在客戶阻塞於（標准輸入上）fgets調用，服務器進程會被殺死。服務器TCP雖然正確的給客戶TCP發送了一個FIN，但是既然客戶進程正阻塞於從標准輸入讀入的過程，它將看不到這個EOF，直到從套接字讀時為止（可能額已過了很長時間）。這樣的進程需要一種預先告知內核的能力，使得內核一旦發現進程指定的一個或多個I/O條件就緒（也就是說輸入已准備好被讀入，或者描述符已能承接更多的輸出），它就通知進程。這個能力稱為I/O復用，是由select和poll這兩個函數支持的。
I/O復用典型使用在下列網絡應用場合：
當客戶處理多個描述符（通常是交互式輸入和網絡套接字）時，必須使用I/O復用；
如果一個TCP服務器即要處理監聽套接字，又要處理已連接套接字，一般使用I/O復用；
一個客戶同時處理多個套接字時可能的，不過比較少見；
如果一個服務器即要處理TCP，又要處理UDP，一般就要使用I/O復用。
如果一個服務器要處理多個服務或者多個協議，一般就要使用I/O復用。
I/O復用並非只限於網絡編程，許多重要的應用程序也需要使用這項技術。
UNIX下可用的5種I/O模型的基本區別：
1.阻塞式I/O；
2.非阻塞式I/O；
3.I/O復用（select和poll）；
4.信號驅動式I/O（SIGIO）；
5.異步I/O（POSIX的aio_系列函數）
一個輸入操作通常包括兩個不同的階段：
（1）等待數據准備好；
（2）從內核向進城復制數據。
對於一個套接字上的輸入操作，第一步通常涉及等待數據從網絡中到達。當所等待分組到達時，它被復制到內核中的某個緩沖區。第二步就是把數據從內核緩沖區復制到應用進程緩沖區。
1.阻塞式I/O模型
我們在前面所說的I/O模型都是阻塞I/O，即調用recv系統調用，如果沒有數據則阻塞等待，當數據到來則將數據從內核空間（套接口緩沖區）拷貝到用戶空間（recv函數提供的buf），然後recv返回，進行數據處理。
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2.非阻塞式I/O模型
進程把一個套接字設置成非阻塞。前三次調用recvfrom時沒有數據可返回，因此內核轉而立即返回一個EWOULDBLOCK錯誤。第四次調用recvfrom時已有一個數據報准備好，它被復制到應用進程緩沖區，於是recvfrom成功返回。我們接著處理數據。
當一個應用進程像這樣對一個非阻塞描述符循環調用recvfrom時，我們稱之為輪詢，應用進程持續輪詢內核，以查看某個操作是否就緒，這麼做往往耗費大量的CPU 時間。
我們可以使用 fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); 將套接字標志變成非阻塞，調用recv，如果設備暫時沒有數據可讀就返回-1，同時置errno為EWOULDBLOCK（或者EAGAIN，這兩個宏定義的值相同），表示本來應該阻塞在這裡，事實上並沒有阻塞而是直接返回錯誤，調用者應該試著再讀一次（again）。這種行為方式稱為輪詢（Poll），調用者只是查詢一下，而不是阻塞在這裡死等，這樣可以同時監視多個設備：
while(1)
{
非阻塞read(設備1);
if(設備1有數據到達)
處理數據;
非阻塞read(設備2);
if(設備2有數據到達)
處理數據;
..............................
}
如果read(設備1)是阻塞的，那麼只要設備1沒有數據到達就會一直阻塞在設備1的read調用上，即使設備2有數據到達也不能處理，使用非阻塞I/O就可以避免設備2得不到及時處理。
非阻塞I/O有一個缺點，如果所有設備都一直沒有數據到達，調用者需要反復查詢做無用功，如果阻塞在那裡，操作系統可以調度別的進程執行，就不會做無用功了，在實際應用中非阻塞I/O模型比較少用。
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3.I/O復用模型
我們調用select或poll阻塞在這兩個系統調用中的某一個之上，而不是阻塞在真正的I/O系統調用上。
我們阻塞於select調用，等待數據報套接字變為可讀。當select返回套接字可讀這一條件時，我們調用recvfrom把所讀數據報復制到應用進程緩沖區。
4.信號驅動I/O模型
我們可以用信號，讓內核在描述符就緒時發送SIGIO信號通知我們，我們稱這種模型為信號驅動式I/O。
我們首先開啟套接字的信號驅動式I/O功能，並通過sigaction系統調用安裝一個信號處理函數。該系統調用將立即返回，我們的進程繼續工作，也就是說它沒有被阻塞。當數據報准備好讀取時，內核就為進程產生一個SIGIO信號。我們隨後即可以在信號處理函數中調用recvfrom讀取數據報，並通知主循環數據已准備好待處理，也可以立即通知主循環，讓它讀取數據報。
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5.異步I/O模型
一般來說，這些函數的工作機制是：告知內核啟動某個操作，並讓內核在整個操作（包括將數據從內核復制到我們自己的緩沖區）完成後通知我們。這種模型與信號驅動式模型的主要區別是：信號驅動式I/O是由內核通知我們何時啟動一個I/O操作，而異步I/O模型是由內核通知我們I/O操作何時完成。
我們調用aio_read函數（POSIX異步I/O函數以aio_或lio_開頭），給內核傳遞描述符，緩沖區指針，緩沖區大小（read相同的三個參數）和文件偏移（與lseek類似），並告訴內核當整個操作完成時如何通知我們。該系統調用立即返回，而且在等待I/O完成期間，我們的進程不被阻塞。
各種I/O模型的比較：
前四種模型的主要區別在於第一階段，因為他們的第二階段是一樣的：在數據從內核復制到調用者的緩沖區期間，進程阻塞於recvfrom調用。相反，異步I/O模型在這兩個都要處理，從而不同於其他4種模型。
同步I/O和異步I/O對比：
POSIX把這兩個術語定義為：
同步I/O操作：導致請求進程阻塞，直到I/O操作完成；
異步I/O操作：不導致請求進程阻塞。
根據上述定義，我們的前4種模型--------------阻塞式I/O模型，非阻塞式I/O模型，I/O復用模型和信號驅動式I/O模型都是同步I/O模型，因為其中真正的I/O操作（recvfrom）將阻塞進程。只有異步I/O模型與POSIX定義的異步I/O相匹配。
作者：csdn博客 ctthuangcheng
