身處不同的學習階段時，總會對不同的知識有不同的理解，最近感慨其實計算機就是在計算和IO這兩件事情上反復執行，最後完成壹系列指令，雖然之前寫過壹篇NIO epoll的文章，但這裏還是專門為操作系統的IO機制開辟壹篇專欄，壹起再來整理壹下IO這壹重要事件的機制。
網上講這塊的內容很多，爛熟的燒開水例子相信大家都不陌生，總之，說同步和異步時，需要肯定的是這兩個概念說明的是多個事物的狀態，而不是單個事物的狀態，多個事物串行，但每次只執行壹個事物，這樣的狀態稱為 同步 ，至於其他事物壹般來說都是在等待著的狀態，可以聯系的生活中的場景有排隊買票等；異步與同步是相反的狀態， 異步 是指，多個事物可以互不幹擾的同時進行，比如地鐵閘機口可以允許多人在多個通道同時通過壹樣。
這兩個也是相反的狀態，其實從字面意思已經看出十之八九， 阻塞 指的是線程在調用某方法的時候會被掛起，等到g方法返回結果時才會恢復運行； 非阻塞 指的是線程在調用某方法時立即返回壹個信號，但這個信號不是方法的結果，它是壹個僅僅表示調用方法的返回值，在等待方法執行的過程中，該線程還可以繼續去幹其他事情。
綜上所述，同步與異步關心的點在於能否同時進行，阻塞與非阻塞關心的點在於是否需要等待。
IO就是數據的讀出和寫入的過程及等待數據讀出和寫入的過程，註意哦，這裏我們還是要強調壹下，IO不僅包括數據讀出寫入的過程，還包括等待數據讀出和寫入的過程，但還需牢記，壹旦數據讀出寫入完成，剩下的操作數據的過程不屬於IO的範圍。
在Linux系統中，我們常見的IO機制有以下幾種：
阻塞IO
非阻塞IO
多路復用IO
異步IO
結合以上說的概念，再延伸壹下， 阻塞IO 指的是應用程序發出壹個阻塞系統的調用時，在等待數據到達用戶空間的過程中，應用程序的執行被掛起，應用程序從操作系統的運行隊列加入等待隊列，等到系統調用完成後，應用程序移回到運行隊列中。
非阻塞IO，按上面說的IO的兩個過程細分壹下，等待數據到達用戶空間（非阻塞）及在用戶空間發生拷貝（阻塞）的這兩個過程中，所以非阻塞IO主要是說明，用戶進程不會阻塞於等待數據達到用戶空間的過程中，此時它會多次發起系統調用，並馬上返回錯誤的結果，直到數據到達用戶空間會返回OK，然後繼續執行拷貝，但拷貝的過程是阻塞的。所以這種方式嚴格壹點來說，並不能將全部的過程都稱為非阻塞IO，這種輪詢的方式，會消耗CPU資源。
多路復用其實是壹種同步非阻塞的IO方式，epoll就是多路復用的典型，多路復用從select、poll、epoll壹路進階，詳細的過程可以看專門寫epoll的那篇文章，總之它的過程就是用戶進程在等待數據到達用戶空間的過程中，epoll會監聽所有的socket，用戶進程也會加入epoll的等待隊列，當某壹個socket接收數據，epoll會把收到數據的socket加入自己的list，從而得知是具體的哪個socket收到了數據，並喚醒等待這個socket的進程，不知道在我剛剛的描述中，妳是否能感受到多路復用的好處，epoll相比select的好處是無需去輪詢，但在等待數據到達的這個過程，還是壹個阻塞的狀態。以上過程中有壹點要 註意 ，對於用戶進程來說，在等待數據到用戶空間的過程中，其實它是阻塞於epoll的，它要等待epoll獲悉具體的某壹個socket收到數據後喚醒它；但對於socket來說，數據從網絡傳遞進來需要壹個過程，它等待數據的過程中，沒有阻塞掛起，是非阻塞的。所以我們說的多路復用是壹直同步非阻塞的方式，如果從用戶進程的角度來說，好像不夠嚴謹。
通過以上這些過程也能發現，阻塞IO，用戶程序在等待IO及拷貝的過程是線程掛起的，相當於就還是只能允許壹個線程的進行，所以阻塞IO無論如何都是同步的。
異步IO使用率不如之前的高，所以在這裏簡單的說壹下，它不難理解，總是還是按照我們說的那兩個過程去看，在等待數據到達的過程及數據拷貝的過程，用戶進程都不會死等阻塞，而是去幹自己的事情，當數據完成從內核空間到用戶空間的拷貝後，才會通知用戶進程。這樣看來，異步IO都是非阻塞的。
非阻塞和異步IO，甚至會認為非阻塞就是異步了，其實不然，壹次IO操作分兩個階段，第壹階段是等待數據，第二階段是拷貝數據（內核到用戶空間），非阻塞IO操作在數據還沒有到達時是立即返回的，這壹點表現的跟異步壹樣，但是在第二個階段，當數據準備妥當的時候，非阻塞IO是阻塞的，直到數據拷貝完成，這壹點表現的與異步IO完全不壹樣，異步根本不關心妳的數據是否到達以及妳的數據是否拷貝完成，異步發起壹次IO操作後就去幹別的事兒了，直到內核發出壹個信號通知這壹事件，它才會轉回來繼續處理。
IO過程主要有兩個部分：等待數據（比如從網卡到達內核空間）、讀寫數據（從內核空間拷貝到用戶空間），前三種關於阻塞IO和非阻塞IO的劃分，主要是針對等待數據這個過程而言，因為從內核空間拷貝到用戶空間的這個過程它們都是阻塞的。異步IO不會引起用戶進程的阻塞。