Linux高级IO详解：五种IO模型实战指南

从阻塞到异步，彻底理解Linux IO模型

在Linux系统编程中，IO模型决定了应用程序与内核交互数据的方式，直接影响系统并发性能和资源利用率。本文将用最通俗的语言带你全面掌握五种经典的Linux IO模型，包括阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用、信号驱动IO以及异步IO。

这是最传统的IO模型。应用程序发起read调用后，进程会一直阻塞直到数据从内核拷贝到用户空间。整个过程就像在河边钓鱼，鱼竿放下后只能干等鱼上钩，期间不能做其他事。优点是简单，但并发能力差，每个连接都需要一个线程。

通过设置文件描述符为O_NONBLOCK，read调用即使没有数据也会立即返回错误码EAGAIN。程序需要不断轮询检查数据是否就绪。这就像钓鱼时反复提起鱼竿看有没有鱼，虽然不阻塞但浪费CPU。实际中常结合IO多路复用使用。

这是目前高并发服务器最常用的模型，典型实现有select、poll、epoll。它通过一个线程同时监控多个文件描述符，一旦某个描述符就绪就通知应用程序。好比同时照看多根鱼竿，哪个有动静就处理哪个。它让单个线程能处理成千上万连接，是Linux高级IO的核心技术。

应用程序先开启信号驱动功能，并注册信号处理函数。当数据准备好时，内核发送SIGIO信号通知进程。进程在信号处理函数中读取数据。这相当于在鱼竿上装个铃铛，鱼上钩时铃响通知。此模型减少了轮询，但信号处理可能丢失，且实时性不如epoll。

这是最理想的IO模型，应用程序发起aio_read后立即返回，内核负责等待数据并拷贝到用户空间，完成后通过信号或回调通知进程。整个过程进程无需阻塞。好比雇人钓鱼，鱼钓上来直接送到你手中。Linux的io_uring就是异步IO的现代实现，极大提升了性能。

五种Linux IO模型各有适用场景：阻塞IO适合低并发简单任务；非阻塞IO配合多路复用可支撑高并发；IO多路复用是当前主流；信号驱动IO较少用；异步IO是未来趋势。理解它们能帮你设计出更高效的Linux高级IO程序。