在上一篇中，我们深入探讨了TCP/IP协议的11种状态，理解这些状态对我们编写服务器的时候有很大的帮助，但一般写服务器都是使用C/Java语言，因为这些语言对高并发的支持特别好。我们写的这些简单的服务器主要是为了深入学习TCP/IP协议、IO操作以及Python中协程的原理。在上一篇中也提到非阻塞这个概念，在这一篇中，我们继续深入探讨IO模型，因为理解IO操作对我们深入学习异步编程有很大帮助。所以在这一节中我们主要是从Linux内核态和用户态的层面来考虑IO操作时会发生什么样的事情，Linux内核会做什么。

一、常见5种IO模型

1.阻塞IO模型

　　　　阻塞IO模型图如下：

           

　说明：

　　(1).当上层应用程序调用recv系统调用时，进程会从用户态切换到内核态；如果此时对方没有发送数据来(内核缓冲区没有数据)，那么应用程序将会被阻塞(默认行为，被Linux内核阻塞)。

　　(2).当对方把数据发送过来了之后，Linux内核会自动把数据copy到用户空间的缓冲区中，然后进程恢复执行，执行下一步操作！

2.非阻塞IO模型

非阻塞IO模型图如下：

      

说明：

　　(1). 进程中需要将套接字设置为非阻塞模式；

　　(2). 进程会一直调用recv()函数去接收数据，如果缓冲区中没有数据，那么进程也不会被阻塞，只是recv()会返回一个错误码(EWOULDBLOCK)

　　(3). 进程会不断轮询有没有数据到来。这样会造成进程忙等待。大量消耗CPU资源。因此很少使用，一般和select或epoll机制一起使用。

3.IO复用模型

IO复用模型图如下：

      

说明：

　　(1). 进程使用select机制(该机制由Linux内核支持，避免了进程忙等待)，目的是去轮询文件描述符的状态变化；

　　(2). 当select管理的文件描述符没有变化时，进程也会被阻塞；但是使用select可以管理多个文件描述符，效率就提高了。这就不像非阻塞模型中，去轮询recv()。

　　(3). select可以看成一个管家，使用select来管理多个IO。

　　　　一旦检测到一个或多个IO有我们感兴趣的事件发生时，select函数将返回，返回值是检测到的事件个数。

　　(4). select函数可以设置超时时间， 这样可以避免进程处于干等待状态，长期僵死

　　(5). 和非阻塞IO模型相比，select IO复用模型相当于提前阻塞了。当有数据来到时，可以直接调用recv()来获取数据。

4.信号驱动IO

　信号驱动IO模型图如下：

     

说明：

　　(1). 在上层应用程序中会建立SIGIO信号的处理程序。当缓冲区有数据来到时，内核会发送数据到上层应用程序。

　　(2). 当上层应用程序收到信号后，调用recv()函数，因为缓冲区有数据，recv()函数一般不会被阻塞。

　　(3). 这种模型用的比较少，属于典型的"拉模型"，即，上层应用程序需要调用recv()函数把数据拉进来。

5.异步IO模型

　　异步IO模型图如下：

　说明：

　　(1). 上层应用程序调用aio_read函数，同时会提交一个应用层的缓冲区给内核写入数据；调用完毕后，应用程序不会被阻塞，可以继续执行其他任务。

　　(2). 当数据过来时，Linux内核主动把数据从内核空间copy到用户空间，然后再给应用程序发送一个信号，告诉进程数据已经复制过去了，你赶紧处理数据吧。

　　(3). 这是一个"推模式"，效率非常之高，应用程序有异步处理的能力(在Linux内核的辅助下，进程在处理其他任务的同时，也可以进行IO通讯)。与信号驱动IO模型相比，应用程序不需要调用recv()来接收数据！

　　(4). 异步IO是什么？

　　　　应用程序在处理其他事情的同时，还可以接收数据。

小结：通过对比五种IO模型，我们可以很明显发现他们的区别以及效率，一般在开发中IO复用模型和异步IO模型是最常用的模型！

　　　五种模型的对比图：

奈斯