對于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)來說，普通的 I/O 操作一般會被內核緩存，這種 I/O 被稱作緩存 I/O。緩存 I/O 又被稱作標準 I/O，大多數(shù)文件系統(tǒng)的默認 I/O 操作都是緩存 I/O。在 Linux 的緩存 I/O 機制中，操作系統(tǒng)會將 I/O 的數(shù)據(jù)緩存在文件系統(tǒng)的頁緩存（ page cache ）中，也就是說，數(shù)據(jù)會先被拷貝到操作系統(tǒng)內核的緩沖區(qū)中，然后才會從操作系統(tǒng)內核的緩沖區(qū)拷貝到應用程序的地址空間。
(1) 對于讀操作來說，當應用程序嘗試讀取某塊數(shù)據(jù)的時候，如果這塊數(shù)據(jù)已經(jīng)存放在了頁緩存中，那么這塊數(shù)據(jù)就可以立即返回給應用程序，而不需要經(jīng)過實際的物理讀盤操作。當然，如果數(shù)據(jù)在應用程序讀取之前并未被存放在頁緩存中，那么就需要先將數(shù)據(jù)從磁盤讀到頁緩存中去。一個典型的讀取磁盤中數(shù)據(jù)的流程圖如下所示：
(2) 對于寫操作來說，應用程序也會將數(shù)據(jù)先寫到頁緩存中去，數(shù)據(jù)是否被立即寫到磁盤上去取決于應用程序所采用的寫操作機制：如果用戶采用的是同步寫機制（ synchronous writes ）, 那么數(shù)據(jù)會立即被寫回到磁盤上，應用程序會一直等到數(shù)據(jù)被寫完為止；如果用戶采用的是延遲寫機制（ deferred writes ），那么應用程序就完全不需要等到數(shù)據(jù)全部被寫回到磁盤，數(shù)據(jù)只要被寫到頁緩存中去就可以了。在延遲寫機制的情況下，操作系統(tǒng)會定期地將放在頁緩存中的數(shù)據(jù)刷到磁盤上。與異步寫機制（ asynchronous writes ）不同的是，延遲寫機制在數(shù)據(jù)完全寫到磁盤上的時候不會通知應用程序，而異步寫機制在數(shù)據(jù)完全寫到磁盤上的時候是會返回給應用程序的。所以延遲寫機制本身是存在數(shù)據(jù)丟失的風險的，而異步寫機制則不會有這方面的擔心。
緩存 I/O 優(yōu)點：
緩存I/O缺點：
網(wǎng)絡IO的本質就是socket的讀取，socket在linux系統(tǒng)被抽象為流，IO可以理解為對流的操作。文章開始的時候也提到了，對于一次IO訪問（以read為例），數(shù)據(jù)會先被拷貝到操作系統(tǒng)內核的緩沖區(qū)，然后才會從操作系統(tǒng)內核的緩沖區(qū)拷貝到應用程序的地址空間中。
所以說，當一個read操作發(fā)生時，它會經(jīng)歷兩個階段：
第一個階段：等待數(shù)據(jù)準備。
第二個階段：將數(shù)據(jù)從內核拷貝到進程中
對于socket流而言：
第一步：通常涉及等待網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)分組到達，然后復制到內核的某個緩沖區(qū)。
第二步：把數(shù)據(jù)從內核緩沖區(qū)復制到應用進程緩沖區(qū)。
Linux環(huán)境下的五種IO Modle: blocking IO, nonblocking IO, IO multiplexing, signal driven IO, asynchronous IO. 其中前四種比較常見。
(1) blocking IO
在阻塞IO模型中，從調用系統(tǒng)函數(shù)獲取數(shù)據(jù)開始到得到數(shù)據(jù)，當前的進程或者線程始終是處于阻塞狀態(tài)的，也就是什么都不干，直到等完數(shù)據(jù)準備好和將數(shù)據(jù)搬遷到用戶空間為止：
1) 用戶首先發(fā)出系統(tǒng)調用函數(shù)希望獲取數(shù)據(jù)；
2) 系統(tǒng)調用會進入內核檢查是否有數(shù)據(jù)準備完畢，如果沒有就一直等待；
3) 當數(shù)據(jù)準備完畢的時候會將數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間；
4) 拷貝完畢返回一個獲取數(shù)據(jù)成功的返回值來告訴用戶可以進行數(shù)據(jù)的處理了；在此期間，用戶進程或者線程一直是處于阻塞狀態(tài)的，無論是等待數(shù)據(jù)還是進行數(shù)據(jù)的拷貝；
(2) nonblocking IO
和阻塞式的IO模型不同，當發(fā)出了系統(tǒng)調用的時候，如果這時候數(shù)據(jù)還沒有準備好，進程或線程并不會進入阻塞模式一直等待，而是會反復輪詢“數(shù)據(jù)好沒…數(shù)據(jù)好沒…數(shù)據(jù)好沒…”，這是比較耗CPU資源的，而當數(shù)據(jù)準備好之后會和阻塞IO模型一樣進行數(shù)據(jù)的拷貝：
1) 首先用戶發(fā)出系統(tǒng)調用，去向內核申請獲取想要的數(shù)據(jù)；
2) 內核檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)還沒準備好，就會返回一個錯誤值；
3) 用戶接收到錯誤值并不甘心，就會反復反復詢問內核是否有數(shù)據(jù)準備好；
4) 內核一直檢查直到有數(shù)據(jù)準備完畢，進行數(shù)據(jù)的搬遷，這時用戶會進入阻塞等待狀態(tài)等待數(shù)據(jù)拷貝完畢；
5) 數(shù)據(jù)提取到用戶空間之后會返回一個成功狀態(tài)通知用戶數(shù)據(jù)完畢，這時用戶就可以進行數(shù)據(jù)的處理了；
(3) IO multiplexing
既然是復用，說明一次性可以管理或處理多個IO，主要是靠select函數(shù)或者poll(epoll)函數(shù)來完成；這些函數(shù)同樣會阻塞進程，但是和阻塞式IO不同的是IO復用模型可以一次性阻塞多個IO操作。同時，kernel會“監(jiān)視”所有select負責的socket，當任何一個socket中的數(shù)據(jù)準備好了，select就會返回。這個時候用戶進程再調用read操作，將數(shù)據(jù)從kernel拷貝到用戶進程。
1) 用戶首先調用select或者poll函數(shù)對多個IO接口操作進行檢測，同時會使進程或者線程阻塞；
2) 當有至少一個IO接口響應的時候，系統(tǒng)就會通知內核調用相應的函數(shù)來獲取數(shù)據(jù)；
3) 這時內核將數(shù)據(jù)拷貝遷移至內核空間，進程或者線程仍然處于阻塞狀態(tài)；
4) 數(shù)據(jù)就緒，返回一個成功值告訴用戶可以處理數(shù)據(jù)了；
(4) signal driven IO
用戶首先注冊一個處理IO信號的信號處理函數(shù)，當數(shù)據(jù)還沒準備好的時候進程或者線程并不阻塞，當數(shù)據(jù)準備好的時候用戶進程或者線程會收到一個信號SIGIO，這時候就會調用信號處理函數(shù)，在信號處理函數(shù)中調用IO函數(shù)操作數(shù)據(jù)，完成之后通知用戶：
1) 用戶程序中事先注冊好一個對于SIGIO的信號處理函數(shù)；
2) 當數(shù)據(jù)準備完畢的時候會向用戶進程或者線程發(fā)送一個SIGIO信號，這時信號就會被捕捉；
3) 捕捉信號之后就會執(zhí)行用戶自定義的一個信號處理函數(shù)，并且在函數(shù)中調用系統(tǒng)函數(shù)去獲取數(shù)據(jù)；
4) 獲取數(shù)據(jù)同樣會將數(shù)據(jù)進行拷貝到用戶空間，這時進程或者線程仍然會被阻塞；
5) 當數(shù)據(jù)準備完畢同樣會通知用戶，之后就可以進行數(shù)據(jù)的處理了；
(5) asynchronous IO
對于異步的IO模型來說，數(shù)據(jù)的等待和搬遷都不由當前的進程或者線程來處理，調用相應系統(tǒng)函數(shù)之后就會直接返回繼續(xù)執(zhí)行，因此當前用戶程并不會被阻塞，當數(shù)據(jù)已經(jīng)在用戶空間準備就緒之后會以狀態(tài)、通知或者回調來告訴用戶可以進行數(shù)據(jù)的處理了：
1) 用戶程序調用aio_read函數(shù)，告訴內核描述字、緩沖區(qū)指針、緩沖區(qū)大小、文件偏移以及通知的方式，之后便立即返回；
2) 這時內核相應的數(shù)據(jù)操作組件會進行數(shù)據(jù)的等待和搬遷，期間用戶程序并不受影響繼續(xù)執(zhí)行；
3) 當數(shù)據(jù)都已經(jīng)在用戶空間準備就緒之后就會通過在函數(shù)中預留的通知方式來通知用戶程序處理數(shù)據(jù)；
總結：
從上面的分析中不難發(fā)現(xiàn)，在對于數(shù)據(jù)的獲取過程中都是進行了兩個主要的部分：數(shù)據(jù)的等待和數(shù)據(jù)的搬遷；除此相同點之外，下面就總結一下各種IO模型的區(qū)別：
從上面的比較可以發(fā)現(xiàn)：前四種IO模型也就是阻塞IO、非阻塞IO、IO復用和信號驅動IO模型都是同步的，只有最后一種是異步的異步IO模型；默認情況下所創(chuàng)建出來的socket都是以阻塞的形式，比如網(wǎng)絡通信中的recvfrom和sendto，或者read和write等函數(shù)都是以阻塞的方式來實現(xiàn)的。
