当开朗的路人发现自己最受欢迎的blog其实是个大错误，这绝不是一件快乐的事。
《IO - 同步，异步，阻塞，非阻塞》是我开始学习epoll和libevent时写的，主要思路来自文中的链接。 写完一看，很多人都很喜欢，我很开心。 同时也表明这个问题确实困扰了很多人。 随着学习的深入，我觉得原来的理解有点偏差，但还是没有引起自己的重视，只是一个小错误，觉得无害。 直到一位博友提出了问题，我再次调查了一些更权威的资料，发现原文章有很大的理论错误。 我不知道有多少人读了这个博客被误解了，在此失陪。 以后写技术blog会更严密。
一度想删除原文，但最终不可惜。 毕竟所有的blog都付出了相当大的心血，放在那里也是可以责备的。 所以在这里添加新的文章。 亡羊补牢吧。
言归正传。
同步(synchronous ) IO和异步(IO )、阻塞(blocking ) IO和非阻塞(IO )分别是什么？ 到底有什么不同呢？ 这个问题其实每个人的回答可能不一样。 例如，在wiki中，asynchronous IO和non-blocking IO被认为是一体的。 这是因为，实际上知识的背景因人而异，并且在讨论这个问题时上下文(context )也不同。 所以，为了更好地回答这个问题，我先限定一下正文的上下文。
本文的背景是Linux环境下的网络io。
本文最重要的参考文献是Richard Stevens的《UNIX Network Programming Volume 1, Third Edition: The Sockets Networking》，6.2节《I/O Models》。 Stevens在这一节详细说明了各种IO的特征和差异，如果英语足够的话，建议直接阅读。 Stevens的文风是有名的深入浅出，所以不用担心不懂。 本文的流程图也是从参考文献中截取的。
Stevens在文章中比较了5种IO Model :
blocking IO
non block io
io多行星
signal driven IO
异步io
因为signal driven IO实际上很少被使用，所以我只提到剩下的四种IO Model。
说明发生IO时涉及的对象和步骤。
一个网络io (这里以read为例。 这两个系统对象：调用此IO的process(orthread )和系统内核(kernel )。 read操作发生时，将经历以下两个阶段：
1等待数据准备(Waiting for the data to be ready ) )。
2将数据从内核复制到进程(copyingthedatafromthekerneltotheprocess ) )。
记住这两点很重要。 这些IO Model的差异是因为两个阶段有各自不同的情况。
blocking IO
在linux上，缺省情况下，所有套接字都为blocking。 典型的读取操作流程如下。
当用户进程调用名为recvfrom的系统调用时，kernel开始了准备数据的IO的第一个阶段。 对于network io，数据往往没有首先到达(例如，还没有收到完整的UDP包)，此时kernel必须等待足够的数据。 在用户进程端，整个进程被阻止。 kernel等待数据准备好，将数据从kernel复制到用户内存，kernel返回结果，用户进程取消block并重新运行。
因此，blocking IO的特点是在IO运行的两个阶段都被阻止。
non-blocking IO
在linux上，可以通过设置套接字来设置非阻塞。 当您对非阻止套接字执行读取操作时，该过程如下：
从图中可以看到，当用户进程发出read操作时，如果kernel中的数据尚未就绪，它会立即返回error，而不是阻止用户进程。 从用户进程的角度来看，启动read操作后，无需等待即可立即获得结果。 如果用户进程的结果为error，则表示数据尚未就绪，可以重新发送读操作。 kernel的数据准备就绪，用户进程的系统调用再次接收时，它会立即将数据复制回用户内存。
因此，用户进程必须主动询问kernel数据是否合适。
IO multiplexing
IO multiplexing这个词你可能不太了解
是如果我说select，epoll，大概就都能明白了。有些地方也称这种IO方式为event driven IO。我们都知道，select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。它的流程如图：
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。
这个图和blocking IO的图其实并没有太大的不同，事实上，还更差一些。因为这里需要使用两个system call (select 和 recvfrom)，而blocking IO只调用了一个system call (recvfrom)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。（多说一句。所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。）
在IO multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
Asynchronous I/O
linux下的asynchronous IO其实用得很少。先看一下它的流程：
用户进程发起read操作之后，立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面，从kernel的角度，当它受到一个asynchronous read之后，首先它会立刻返回，所以不会对用户进程产生任何block。然后，kernel会等待数据准备完成，然后将数据拷贝到用户内存，当这一切都完成之后，kernel会给用户进程发送一个signal，告诉它read操作完成了。
到目前为止，已经将四个IO Model都介绍完了。现在回过头来回答最初的那几个问题：blocking和non-blocking的区别在哪，synchronous IO和asynchronous IO的区别在哪。
先回答最简单的这个：blocking vs non-blocking。前面的介绍中其实已经很明确的说明了这两者的区别。调用blocking IO会一直block住对应的进程直到操作完成，而non-blocking IO在kernel还准备数据的情况下会立刻返回。
在说明synchronous IO和asynchronous IO的区别之前，需要先给出两者的定义。Stevens给出的定义（其实是POSIX的定义）是这样子的：
A synchronous I/O operation causes the requesting process to be blocked until that I/O operation completes;
An asynchronous I/O operation does not cause the requesting process to be blocked;
两者的区别就在于synchronous IO做”IO operation”的时候会将process阻塞。按照这个定义，之前所述的blocking IO，non-blocking IO，IO multiplexing都属于synchronous IO。有人可能会说，non-blocking IO并没有被block啊。这里有个非常“狡猾”的地方，定义中所指的”IO operation”是指真实的IO操作，就是例子中的recvfrom这个system call。non-blocking IO在执行recvfrom这个system call的时候，如果kernel的数据没有准备好，这时候不会block进程。但是，当kernel中数据准备好的时候，recvfrom会将数据从kernel拷贝到用户内存中，这个时候进程是被block了，dtdtd，进程是被block的。而asynchronous IO则不一样，当进程发起IO 操作之后，就直接返回再也不理睬了，直到kernel发送一个信号，告诉进程说IO完成。在这整个过程中，进程完全没有被block。
各个IO Model的比较如图所示：
经过上面的介绍，会发现non-blocking IO和asynchronous IO的区别还是很明显的。在non-blocking IO中，虽然进程大部分时间都不会被block，但是它仍然要求进程去主动的check，并且当数据准备完成以后，也需要进程主动的再次调用recvfrom来将数据拷贝到用户内存。而asynchronous IO则完全不同。它就像是用户进程将整个IO操作交给了他人（kernel）完成，然后他人做完后发信号通知。在此期间，用户进程不需要去检查IO操作的状态，也不需要主动的去拷贝数据。
最后，再举几个不是很恰当的例子来说明这四个IO Model:
有A，B，C，D四个人在钓鱼：
A用的是最老式的鱼竿，所以呢，得一直守着，等到鱼上钩了再拉杆；
B的鱼竿有个功能，能够显示是否有鱼上钩，所以呢，B就和旁边的MM聊天，隔会再看看有没有鱼上钩，有的话就迅速拉杆；
C用的鱼竿和B差不多，但他想了一个好办法，就是同时放好几根鱼竿，然后守在旁边，一旦有显示说鱼上钩了，它就将对应的鱼竿拉起来；
D是个完美的钻石，干脆雇了一个人帮他钓鱼，一旦那个人把鱼钓上来了，就给D发个短信。