目录

一、基础概念

1.用户空间与内核空间

2.缓存I/O

二、I/O - 同步、异步、阻塞、非阻塞

1.阻塞I/O

2. 非阻塞I/O

3.I/O多路复用

4.异步I/O

三、非阻塞I/O与异步I/O的区别

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一、基础概念

1.用户空间与内核空间

操作系统核心是内核（kernel），为了保护内核安全，操作系统将虚拟空间划分为内核空间和用户空间。对于Linux 32位操作系统寻址空间（虚拟存储空间）为4G，内核空间与用户空间划分为：

• 内核空间1G：最高的1G字节，虚拟地址0xC0000000~0xFFFFFFFF
• 用户空间3G：最低的3G字节，虚拟地址0x00000000~0xBFFFFFFF

1GB = 1024 MB = 1024 * 1024 KB = 1024 * 1024 * 1024 B= 2^10 * 2^10 * 2^10 B = 2^30 B
4GB = 4 * 2^30 B = 2^32 B

内核空间具有访问底层硬件设备的所有权限，用户进程不能直接操作内核。

2.缓存I/O

又被称为标准I/O，是大多数文件系统的默认I/O。对于Linux，操作系统会将I/O的数据缓存在页缓存（Page cache）中。数据发生两次拷贝：数据->内核空间的页缓存->用户空间。内存映射等方式避免两次拷贝，本文不谈。

二、I/O - 同步、异步、阻塞、非阻塞

根据上节提到的IO数据拷贝过程可知，经历两个阶段：

• wait for data
• copy data from kernel to user

1.阻塞I/O

linux中默认socket都是blocking，用户进程调用recvfrom，该进程会一直被阻塞直到kernel返回结果。

2. 非阻塞I/O

用户进程调用recvfrom不会block等待，如果kernel没准备好数据会返回EWOULDBLOCK错误。因此，非阻塞I/O要一直主动询问，也就是一直调用recvfrom直到返回数据。

3.I/O多路复用

也叫做event driven I/O，这里就会涉及到select\poll\epoll方法。

优势在于单个process可同时处理多个连接的I/O，基本原理就是select/poll/epoll会不断轮询所有socket，当某一个socket有数据了就通知用户进程。

当用户进程调用了select，该进程block，kernel监视所有该select负责的socket，只要有一个socket中有数据ready了select就返回。这时候再recvfrom拷贝数据到用户空间。

4.异步I/O

首先用户进程发起read后，kernel会立即返回不阻塞，虽然不是返回数据。然后kernel一个人抗下了一切，一切完成后给用户进程发送signal告诉它read操作完成了。

三、非阻塞I/O与异步I/O的区别

wait for data阶段，都不阻塞。

copy data from kernel to user阶段，非阻塞I/O是阻塞的，异步I/O全程不阻塞。