Linux五种IO模型详解（从阻塞到异步的完整指南）

1. 阻塞IO（Blocking IO）

阻塞IO是最简单的模型。当程序发起IO操作时，它会一直等待，直到数据准备就绪并完成传输。在此期间，程序被“阻塞”，无法执行其他任务。例如，读取文件时，如果数据未就绪，进程会休眠。这种模型易于理解，但效率低下，因为资源在等待中被浪费。

2. 非阻塞IO（Non-blocking IO）

非阻塞IO通过设置文件描述符为非阻塞模式，让IO操作立即返回。如果数据未就绪，系统返回错误，程序可以继续执行其他任务，但需要轮询检查状态。这避免了阻塞，但轮询会消耗CPU资源。例如，在网络编程中，套接字设置为非阻塞后，读写操作不会等待。

3. IO多路复用（IO Multiplexing）

IO多路复用使用select、poll或epoll等系统调用，同时监控多个文件描述符。当任何一个描述符就绪时，程序才进行处理。这允许单个进程管理多个IO流，提高了并发性能。例如，Web服务器常用epoll处理大量连接，避免为每个连接创建线程。

4. 信号驱动IO（Signal-driven IO）

信号驱动IO通过内核发送信号（如SIGIO）通知程序数据已就绪。程序可以先执行其他任务，收到信号后再处理IO。这减少了轮询开销，但信号处理复杂，且可能丢失。例如，在UDP套接字中，可以设置信号驱动来异步接收数据。

5. 异步IO（Asynchronous IO）

异步IO是最先进的模型。程序发起IO操作后立即返回，内核负责完成整个操作（包括数据准备和拷贝），然后通知程序。程序无需等待，可以完全并行处理。例如，Linux的aio_read函数允许异步读取文件，提升高负载应用性能。

比较与总结

五种Linux IO模型各有适用场景：阻塞IO适合简单应用；非阻塞IO适合需要低延迟的场景；IO多路复用适合高并发网络服务；信号驱动IO适合特定通知需求；异步IO适合高性能计算。理解这些模型有助于优化程序设计。

在实际开发中，IO多路复用是常见选择，因为它平衡了性能和复杂度。例如，Nginx和Redis都使用epoll实现高效IO处理。