同步IO 异步IO

IO基本概念
Linux的内核将所有外部设备都可以看做一个文件来操作。那么我们对与外部设备的操作都可以看做对文件进行操作。我们对一个文件的读写，都通过调用内核提供的系统调用；内核给我们返回一个file descriptor（fd,文件描述符）。对一个socket的读写也会有相应的描述符，称为socketfd(socket描述符）。描述符就是一个数字(可以理解为一个索引)，指向内核中一个结构体（文件路径，数据区，等一些属性）。应用程序对文件的读写就通过对描述符的读写完成。 
一个基本的IO，它会涉及到两个系统对象，一个是调用这个IO的进程对象，另一个就是系统内核(kernel)。

一般来说，服务器端的I/O主要有两种情况：一是来自网络的I/O；二是对文件(设备)的I/O。
首先一个IO操作其实分成了两个步骤：发起IO请求和实际的IO操作，

同步IO和异步IO的区别就在于第二个步骤是否阻塞，如果实际的IO读写阻塞请求进程，那么就是同步IO，因此阻塞IO、非阻塞IO、IO复用、信号驱动IO都是同步IO，如果不阻塞，而是操作系统帮你做完IO操作再将结果返回给你，那么就是异步IO。

阻塞IO和非阻塞IO的区别在于第一步，发起IO请求是否会被阻塞，如果阻塞直到完成那么就是传统的阻塞IO，如果不阻塞，那么就是非阻塞IO。

当一个read操作发生时，会经过如下流程：
通过read系统调用想内核发起读请求。
内核向硬件发送读指令，并等待读就绪。
内核把将要读取的数据复制到描述符所指向的内核缓存区中。
将数据从内核缓存区拷贝到用户进程空间中。

同步：所谓同步，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。

异步：异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

同步IO和异步IO是针对应用程序和内核的交互而言的。
同步IO指的是用户进程触发I/O操作并等待或者轮询的去查看I/O操作是否就绪。
异步IO是指用户进程触发I/O操作以后就立即返回，继续开始做自己的事情，而当I/O操作已经完成的时候会得到I/O完成的通知。

同步IO在读取数据时，都要在同步流程中进行一次内核态到用户态的数据拷贝。
异步IO需要操作系统更强的支持，操作系统开启独立的内核线程去处理IO操作。当read请求的数据到达时，由内核负责读取socket中的数据，并写入用户指定的缓冲区中，最后内核通知用户线程。异步IO接受到内核通知时，已经完成了内核态到用户态的数据拷贝。

IO多路复用

用户首先将需要进行IO操作的socket添加到select中，然后阻塞等待select系统调用返回。当数据到达时，socket被激活，select函数返回。用户线程正式发起read请求，读取数据并继续执行。

从流程上来看，使用select函数进行IO请求和同步阻塞模型没有太大的区别，甚至还多了添加监视socket，以及调用select函数的额外操作，效率更差。但是，使用select以后最大的优势是用户可以在一个线程内同时处理多个socket的IO请求。用户可以注册多个socket，然后不断地调用select读取被激活的socket，即可达到在同一个线程内同时处理多个IO请求的目的。而在同步阻塞模型中，必须通过多线程的方式才能达到这个目的。

IO多路复用方式允许单线程内处理多个IO请求，但是每个IO请求的过程还是阻塞的（在select函数上阻塞），平均时间甚至比同步阻塞IO模型还要长。如果用户线程只注册自己感兴趣的socket或者IO请求，然后去做自己的事情，等到数据到来时再进行处理，则可以提高CPU的利用率。

由于select函数是阻塞的，因此多路IO复用模型也被称为异步阻塞IO模型。注意，这里的所说的阻塞是指select函数执行时线程被阻塞，而不是指socket。一般在使用IO多路复用模型时，socket都是设置为NONBLOCK的，不过这并不会产生影响，因为用户发起IO请求时，数据已经到达了，用户线程一定不会被阻塞。

IO多路复用是最常使用的IO模型，但是其异步程度还不够“彻底”，因为它使用了会阻塞线程的select系统调用。因此IO多路复用只能称为异步阻塞IO，而非真正的异步IO。

“真正”的异步IO需要操作系统更强的支持。在IO多路复用模型中，事件循环将文件句柄的状态事件通知给用户线程，由用户线程自行读取数据、处理数据。而在异步IO模型中，当用户线程收到通知时，数据已经被内核读取完毕，并放在了用户线程指定的缓冲区内，内核在IO完成后通知用户线程直接使用即可。

异步IO

用户线程直接使用内核提供的异步IO API发起read请求，且发起后立即返回，继续执行用户线程代码。不过此时用户线程已经将调用的AsynchronousOperation和CompletionHandler注册到内核，然后操作系统开启独立的内核线程去处理IO操作。当read请求的数据到达时，由内核负责读取socket中的数据，并写入用户指定的缓冲区中。最后内核将read的数据和用户线程注册的CompletionHandler分发给内部Proactor，Proactor将IO完成的信息通知给用户线程（一般通过调用用户线程注册的完成事件处理函数），完成异步IO。

五种IO的模型：阻塞IO、非阻塞IO、多路复用IO、信号驱动IO和异步IO
前四种都是同步IO，在内核数据copy到用户空间时都是阻塞的。 
最后一种是异步IO，通过API把IO操作交由操作系统处理，当前进程不关心具体IO的实现，通过回调函数，或者信号量通知当前进程直接对IO返回结果进行处理。

网络编程模型：

1.同步阻塞模型
2.多进程并发模型
3.多线程并发模型
4.IO多路复用（事件驱动）模型