『壹』 請你談談關於IO同步、非同步、阻塞、非阻塞的區別
同步（synchronous）IO和非同步（asynchronous）IO，阻塞（blocking） IO和非阻塞（non-blocking）IO的區別是什麼？本文將從Linux環境下的network IO背景出發，參考Richard Stevens的「UNIX® Network Programming Volume 1, Third Edition: The Sockets Networking」中的相關內容，詳細解釋這四種IO模型的特點和區別。
在深入討論之前，重要的是明確本文的討論上下文為Linux環境下的network IO。
根據Richard Stevens的解釋，本文將對比五種IO模型，而由於信號驅動IO在實際應用中不常用，本文將僅討論剩下的四種：同步（synchronous）IO、非同步（asynchronous）IO、阻塞（blocking）IO和非阻塞（non-blocking）IO。
在network IO過程中，涉及的對象主要有兩個：一個是由用戶進程調用IO操作的系統對象（如進程或線程），另一個是系統內核（kernel）。一個read操作通常會經歷兩個階段：准備數據階段和拷貝數據階段。
接下來，我們將依次介紹這四種IO模型的特點和區別。
阻塞（blocking）IO
在Linux中，默認情況下，所有的socket都是阻塞的。一個典型的讀操作流程如下：用戶進程調用recvfrom系統調用時，內核開始准備數據階段。如果數據尚未到達，內核將進入等待狀態，而用戶進程同樣會被阻塞。當數據准備完畢後，內核將數據從內核復制到用戶內存中，然後返回結果，用戶進程解除阻塞狀態，重新執行。
因此，阻塞IO的主要特點是在兩個階段均被阻塞。
非阻塞（non-blocking）IO
在Linux環境下，可以通過設置socket使其變為非阻塞。當對一個非阻塞socket執行讀操作時，流程如下：如果內核中的數據尚未准備好，它不會阻塞用戶進程，而是立即返回錯誤。用戶進程在發起read操作後，不需要等待，立刻得到結果。用戶進程判斷結果為錯誤時，知道數據還未准備好，可以再次發送read操作。一旦數據准備完畢並再次收到系統調用，內核將數據復制到用戶內存並返回。
用戶進程需要主動詢問內核數據是否准備就緒。
IO多路復用（IO multiplexing）
IO多路復用（如select或epoll）允許單個進程同時處理多個網路連接的IO。其基本原理是內核持續監視所有連接，一旦有數據到達，就通知用戶進程。流程如下：用戶進程調用select時，整個進程被阻塞，而內核則監視所有select負責的socket。當任何一個socket的數據准備好時，select返回。用戶進程再次調用read操作，從內核復制數據到用戶進程。
與阻塞IO相比，多路復用IO需要兩次系統調用（select和recvfrom），而不是一次。然而，其優勢在於能同時處理多個連接。
需要注意的是，實際應用中，即使使用多路復用IO，通常也設置每個socket為非阻塞，但進程被select函數阻塞，而非被socket IO阻塞。
非同步（asynchronous）IO
Linux下的非同步IO應用較少。其流程如下：用戶進程發起read操作後，立即開始執行其他任務。另一方面，內核收到非同步讀請求後，立即返回，不阻塞進程。內核等待數據准備完成，將數據復制到用戶內存中後，通過發送信號通知用戶進程讀操作已完成。
非同步IO的主要區別在於：在執行IO操作時不會阻塞進程，直到內核發送信號通知操作完成。
這四種IO模型之間的主要區別在於阻塞與非阻塞、同步與非同步以及處理方式的不同。非阻塞IO允許進程在數據未准備好時繼續執行，而阻塞IO則需要等待操作完成。同步IO在執行過程中會阻塞進程，而非同步IO則在執行後立即返回，直到完成時通知進程。