一、IO模型介紹

為了更好地瞭解 IO模型，我們回顧下：同步，非同步，阻塞，非阻塞。

1，同步：

# 所謂同步，就是在發出一個功能呼叫時，在沒有得到結果之前，該呼叫就不會返回。
# 按照這個定義，其實絕大多數函式都是同步呼叫。但是一般而言，我們在說同步、非同步的時候，
# 特指那些需要其他部件協作或者需要一定時間完成的任務。

# 舉例：
# 1，multiprocessing.Pool 下的apply     # 發起同步呼叫後，就在原地等著任務結束，根本不考慮任務是在計算還是在io阻塞，總之就是一股腦地等任務結束
# 2，concurrent.futures.ProcessPoolExecutor().submit(func,).result()
 

# 3，concurrent.futures.ThreadPoolExecutor().submit(func,).result()

2，非同步：

# 非同步的概念和同步相對。當一個非同步功能呼叫發出後，呼叫者不能立刻得到結果。
# 當該非同步功能完成後，通過狀態、通知或回撥來通知呼叫者。
# 如果非同步功能用狀態來通知，那麼呼叫者就需要每隔一定時間檢查一次，效率就很低（有些初學多執行緒程式設計的人，總喜歡用一個迴圈去檢查某個變數的值，這其實是一 種很嚴重的錯誤）。
# 如果是使用通知的方式，效率則很高，因為非同步功能幾乎不需要做額外的操作。至於回撥函式，其實和通知沒太多區別。

# 舉例：
 

# 1，multiprocessing.Pool().apply_async()     # 發起非同步呼叫後，並不會等待任務結束才返回，相反，會立即獲取一個臨時結果（並不是最終的結果，可能是封裝好的一個物件）。
# 2，concurrent.futures.ProcessPoolExecutor(3).submit(func,)
# 3，concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(3).submit(func,)

3，阻塞：

# 阻塞呼叫是指呼叫結果返回之前，當前執行緒會被掛起（如遇到io操作）。
# 函式只有在得到結果之後才會將阻塞的執行緒啟用。有人也許會把阻塞呼叫和同步呼叫等同起來，實際上他是不同的。
 

# 對於同步呼叫來說，很多時候當前執行緒還是啟用的，只是從邏輯上當前函式沒有返回而已。

# 舉例：
# 1，同步呼叫：apply一個累計1億次的任務，該呼叫會一直等待，直到任務返回結果為止，但並未阻塞住（即便是被搶走cpu的執行許可權，那也是處於就緒態）;
# 2，阻塞呼叫：當socket工作在阻塞模式的時候，如果沒有資料的情況下呼叫recv函式，則當前執行緒就會被掛起，直到有資料為止。

4，非阻塞：

# 非阻塞和阻塞的概念相對應，指在不能立刻得到結果之前也會立刻返回，同時該函式不會阻塞當前執行緒。

5，總結：

# 1，同步與非同步針對的是函式/任務的呼叫方式：同步就是當一個程序發起一個函式（任務）呼叫的時候，一直等到函式（任務）完成，而程序繼續處於啟用狀態。
# 而非同步情況下是當一個程序發起一個函式（任務）呼叫的時候，不會等函式返回，而是繼續往下執行當，函式返回的時候通過狀態、通知、事件等方式通知程序任務完成。

# 2，阻塞與非阻塞針對的是程序或執行緒：阻塞是當請求不能滿足的時候就將程序掛起，而非阻塞則不會阻塞當前程序

同步（synchronous） IO和非同步（asynchronous） IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO分別是什麼，到底有什麼區別？

這個問題其實不同的人給出的答案都可能不同，比如 wiki，就認為asynchronous IO和non-blocking IO是一個東西。

這其實是因為不同的人的知識背景不同，並且在討論這個問題的時候上下文(context)也不相同。所以，為了更好的回答這個問題，我先限定一下本文的上下文。

"""
本文討論的背景是Linux環境下的network IO。本文最重要的參考文獻是Richard Stevens的“UNIX® Network Programming Volume 1, Third Edition: The Sockets Networking ”，6.2節“I/O Models ”，Stevens在這節中詳細說明了各種IO的特點和區別，如果英文夠好的話，推薦直接閱讀。Stevens的文風是有名的深入淺出，所以不用擔心看不懂。本文中的流程圖也是擷取自參考文獻。

Stevens在文章中一共比較了五種IO Model：  
* blocking IO  
* nonblocking IO  
* IO multiplexing  
* signal driven IO  
* asynchronous IO  
由signal driven IO（訊號驅動IO）在實際中並不常用，所以主要介紹其餘四種IO Model。
"""

再說一下 IO發生時涉及的物件和步驟。對於一個network IO \(這裡我們以read舉例\)，它會涉及到兩個系統物件，一個是呼叫這個 IO的process \(or thread\)，另一個就是系統核心\(kernel\)。當一個read操作發生時，該操作會經歷兩個階段：

# 1，等待資料準備 (Waiting for the data to be ready)

# 2，將資料從核心拷貝到程序中(Copying the data from the kernel to the process)

記住這兩點很重要，因為這些IO模型的區別就是在兩個階段上各有不同的情況。

補充：

# 1，輸入操作：read、readv、recv、recvfrom、recvmsg共5個函式，如果會阻塞狀態，則會經理wait data和copy data兩個階段，如果設定為非阻塞則在wait 不到data時丟擲異常

# 2，輸出操作：write、writev、send、sendto、sendmsg共5個函式，在傳送緩衝區滿了會阻塞在原地，如果設定為非阻塞，則會丟擲異常

# 3，接收外來連結：accept，與輸入操作類似

# 4，發起外出連結：connect，與輸出操作類似