同步vs异步vs阻塞vs非阻塞
“同步”和“阻塞”的概念，只从字面上理解，很容易让人混淆。我之前也被这两组概念困扰了很久，趁着最近工作不太忙来捋一捋。
概念分析
同步与异步
同步和异步是针对进行某一操作被调用者的响应方式来说的。
同步操作时，调用者需要等待被调用者执行完毕并返回结果。比如你打电话给书店老板让他找一本书，你等着他找到后告诉你结果。
而异步操作，调用发出后就直接返回了，所以没有直接获得返回结果。被调用者执行完毕后，发出通知告知调用者。这次书店老板直接说“等我找到了，再打电话告诉你”，然后就挂了电话。
阻塞与非阻塞
阻塞和非阻塞关注的是调用者在等待被调方返回结果时的动作。
如果是阻塞调用，在收到返回结果前，调用方会被挂起等待，直到收到结果才能进行下一步。就好比你一直听着电话等书店老板告诉你结果，这段时间你不能去做别的事。
而非阻塞调用，在收到结果前，你可以去干别的事。还是上面的例子，你在老板告诉你结果前完全可以去干点别的事，当然也可以隔几分钟去问下老板有没有结果。
总结
这两组概念容易造成混淆，主要是因为都是“一个要等待，一个不用等待”。这样理解没用问题，但需要明确他们区别的关键在于动作的主体：同步异步关注的是被调方的处理逻辑，告知结果的时机；阻塞非阻塞关注的是调用者等待返回结果期间的状态。
Linux系统IO模型
了解了以上概念顺便再来学习一下Linux系统的IO模型。
前言
一次IO操作（以read为例），需要经历2个步骤：
- 等待数据准备
- 将数据从内核拷贝到用户进程中
相应的，Linux系统有以下五种IO模式。
- 阻塞 I/O（blocking IO）
- 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
- I/O 多路复用（ IO multiplexing）
- 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
- 异步 I/O（asynchronous IO）
1、阻塞IO
在Linux系统中，所有的socket默认都是blocking，当用户进程调用了recvfrom这个系统调用，kernel就开始了IO的第一个阶段：准备数据。这个过程需要等待数据被拷贝到操作系统内核的缓冲区中。而在用户进程这边，整个进程会被阻塞（当然，是进程自己选择的阻塞）。当kernel数据准备好了，它就会将数据从kernel中拷贝到用户内存，然后kernel返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
blocking IO的特点是在IO执行的两个阶段都被block了
2、非阻塞IO
当用户进程发出recvfrom调用时，如果kernel中的数据还没有准备好，那么它并不会block用户进程，而是立刻返回一个error。从用户进程角度讲 ，它发起一个recvfrom操作后，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断结果是error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次调用recvfrom。一旦kernel准备好了数据，并且又再次收到了用户进程的system call，那么它马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
nonblocking IO的特点是用户进程需要不断的主动询问kernel数据好了没有。
3、IO多路复用
所谓的I/O复用，就是多个I/O可以复用一个进程。它的基本原理就是select，poll，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。
- select：O(n)
用户进程每次传给内核一个用户空间分配的
fd_set表示“关心的 socket”。其结构（相当于 bitset）限制了只能保存 1024 个 socket。每次 socket 状态变化，内核利用fd_set查询 O(1)，就能知道用户进程是否关心这个 socket。内核是复用了fd_set作为出参，返还给用户进程。而用户进程必须遍历一遍 socket 数组 O(n)，才知道哪些 socket 就绪了。
- poll：O(n)
poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的
- epoll：O(1)
epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。
select，poll，epoll都是IO多路复用机制，即可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（读或写就绪），能够通知程序进行相应读写操作。
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)。但多路复用的优势在于它可以同时处理多个connection。
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。
附：示例代码
select
epoll
4、异步IO
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，当它收到到一个异步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。
参考资料
同步vs异步vs阻塞vs非阻塞
