I/O 　 　 　　

阻塞式I/O(默认)，非阻塞式I/O(nonblock)，I/O复用(select/poll/epoll)都属于同步I/O，因为它们在数据由内核空间复制回进程缓冲区时都是阻塞的(不能干别的事)。只有异步I/O模型(AIO)是符合异步I/O操作的含义的，即在1数据准备完成、2由内核空间拷贝回缓冲区后 通知进程，在等待通知的这段时间里可以干别的事。

windows I/O

常见IO设备

同步IO

线程请求IO操作，会阻塞被挂起。

异步IO

线程请求IO操作，线程继续进行，不会阻塞。

将IO请求添加到设备驱动程序处理队列

在CreateFile创建设备对象的时候，传入FILE_FLAG_OVERLAPPED参数，告诉系统以异步方式访问设备。调用读写设备函数ReadFile、WriteFile，系统会将IO请求加入到设备驱动程序的队列中，并马上返回。设备驱动程序以最合理的顺序处理队列中的IO请求并非先进先处理。

其中最重要的是OVERLAPPED结构，overlapped的意思是线程的执行与IO操作是同时发生的，执行时间是重叠的。

IO请求处理结束会返回该结构地址，可以创建一个包含OVERLAPPED结构的context结构，保存上下文，根据返回的OVERLAPPED结构地址，通过以下宏可以算出context结构的地址。

#define CONTAINING_RECORD(address, type, field) ((type *)( \ 
(PCHAR)(address) - \ 
(ULONG_PTR)(&((type *)0)->field)))  field=context结构中的OVERLAPPED结构

接收IO请求完成的通知

1.触发设备内核对象：


缺点：同时发出多个IO请求，例如先read,然后write,最后waitforobject，不知道最后触发的设备内核对象是针对哪个IO请求。

2.触发事件内核对象：

对不同请求创建事件并赋值给OVERLAPPED结构里的hEvent成员变量。

3.可提醒IO：

当系统创建线程的时候，会创建与它相关联的异步过程调用队列(asynchronous procedure call,APC)。当发出一个IO请求的时候，可以告诉设备驱动系统，当设备驱动程序完成IO操作，就在APC队列中添加回调函数。

最后线程可用6个函数将自己睡去并设置为可唤醒状态。如果APC队列里有回调函数，系统会唤醒线程并在同线程内执行回调函数，清空队列后，该6个函数就返回。

缺点：1.回调函数提供的上下文少。2.一个线程发出的多个IO请求只能在同一个线程内执行，负载不够均衡。
windows还提供QueueUserAPC函数，允许程序员向线程APC队列里添加回调函数。

4.IO完成端口

创建一个IO完成端口，可以将多个设备及各自的完成键(表明IO请求类型(读文件、写文件或者发送套接字等等))与一个完成端口联系起来，并指定几个线程来处理完成端口中完成队列里的IO请求完成的消息。

线程调用GetQueuedCompletionStatus函数令自己进入睡眠状态，并把自己的线程ID放入等待线程队列，让完成端口内核对象知道有哪些线程在等待IO请求完成，线程等待设备驱动程序处理IO请求并把IO请求的完成键等记录放入IO完成队列后，线程被唤醒，根据IO完成队列里的记录处理IO请求完成后的业务。

IO完成队列里的记录包括已传输的字节数、完成键、错误代码、OVERLAPPED结构地址，通过返回GetQueuedCompletionStatus函数的参数告知线程。

设备列表与等待线程列表

linux I/O

1.阻塞IO

2.非阻塞IO

3.IO多路复用:

一个进程处理多个IO请求

3.1. select/pselect

监视一系列sockets（文件描述符）并阻塞程序，直到至少有一个准备好时行I/O操作。

需要把fd集合从用户态拷贝到内核态返回时还要从内核态拷贝到用户态

内核会先轮询IO是否完成，如果没有再睡眠进程

select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

3.2. poll

和select类似，不同的是传入fd数组，没有个数限制

3.3. epoll

与select不同，不会轮询IO是否完成，而是IO完成后，通过回调函数将发生的事件写入就绪事件链表，写入用户空间。

example1

example2

epoll_create创建epoll句柄

4.信号驱动的IO

5.异步IO

5.1.信号回调函数机制

5.2.线程回调函数机制

reference

http://blog.csdn.net/mikeszhang/article/details/8891089

知乎关于阻塞非阻塞同步非同步的讨论

http://www.zhihu.com/question/19732473

因为中文语意的问题，很多时候确实会导致混用，而且语境不一样意义也可能不一样。如果只是从计算机编程这个角度说， 讨论最多的也是IO 模型 ，阻塞非阻塞 和 同步异步说的应该是不同的东西。

阻塞非阻塞：可以简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得返回，需要等待，那就阻塞了，否则就可以理解为非阻塞。 同步异步： 你总是做完一件再去做另一件，不管是否需要时间等待，这就是同步；异步呢则反之，你可以同时做几件事，并非一定需要一件事做完再做另一件事。同步简单理解成一问一答同步进行，异步可以简单理解为不必等一个问题有答了再去问另一个问题，尽管问，有答了再通知你。

2015/2/4 还有人问，这里补充下，其他楼层也有很好的解释，包括从技术角度都有的详细解释。主要搞清楚本质就行了，他们的不同在于：

  1. 阻塞非阻塞表示下面 买书过程中 可能出现的状态，是从 我 这个单角色角度来看待这个买书这个问题。
  2. 同步异步表示一种协作方式，是从全局更高的角度 “进程之间 合作的方式” 来看待买书这个业务。两个进程之间如果商量采用异步方式处理买书这一业务，就不存在阻塞这种状态。

举个例子： 我去买一本书，立即买到了，这就是非阻塞； 如果恰好书店没有，我就等一直等到书店有了这本书买到了才走，这就是阻塞； 如果书店恰好没有，我就告诉书店老板，书来了告诉我一声让我来取或者直接送到我家，然后我就走了，这就是异步。 那同步呢？ 前面两种情况，非阻塞和阻塞都可以称为同步。 如果说书店有这书，我还让老板通知我以后来取就没这个必要了。

反映在编程方面就是 用户进程 调用 系统调用。(用户进程对应我，内核 对应 书店老板，书对应数据资源data ， 买书就是一个系统调用了) 这阻塞非阻塞与同步异步IO机制，都是伴随计算机系统发展，用来解决一些出现的问题。阻塞非阻塞、同步异步可以组合，但是没必要组合，应该说是不同的IO机制，没必要纠结怎么区分，如果定要组合心里才爽，可以 这样认为：阻塞非阻塞都是同步，异步就没什么阻塞不阻塞了，都异步了还阻塞啥，肯定是非阻塞了。(异步非阻塞听起来多别扭)

unix网络编程中说到： 将IO模型分为五类：阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动，异步IO 其中阻塞IO就是那种recv, read，一直等，等到有了拷贝了数据才返回； 非阻塞就是不用等，立即返回，设置描述符为非阻塞就行了，但是要进程自己一直检查是否可读； IO复用其实也是阻塞的，不过可以用来等很多描述符； 信号驱动采用信号机制等待； 异步IO就不用等待了，当他告知你的时候，已经可以返回了，数据都拷贝好了。

posix.1严格定义的异步IO是要求没有任何一点阻塞，而上述的前面四个（阻塞IO，非阻塞IO，IO复用，信号驱动）都不同程度阻塞了，而且都有一个共同的阻塞： 内核拷贝数据到进程空间的这段时间需要等待。