什麼是IO？
在類unix系統中，所有的IO裝置(網路，磁碟，終端...)都被模型化為檔案，IO是主存(main memory)和外部裝置(磁碟，終端，網路...)之間拷貝資料的過程。
I/O的過程
- 開啟檔案
應用程式請求核心開啟檔案，核心返回一個檔案的描述符(非負整數)，核心記錄開啟的檔案的所有資訊，應用程式只需記錄檔案描述符。
- 改變當前檔案的位置
核心中記錄一個檔案位置k，每個開啟的檔案初始為0，應用程式可以通過seek操作，顯式的改變檔案的位置。
- 讀寫檔案
讀：從檔案位置k開始讀取n個位元組到儲存器，然後將k增加到k+n。
寫：儲存器拷貝從k開始，n結束個位元組到一個檔案，然後更新k。
- 關閉檔案
應用程式請求核心關閉檔案，核心釋放記錄的檔案資訊，將檔案描述符釋放回描述符池。
IO模型
我們想要了解作業系統的IO模型需要先了解幾個基本的概念。
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阻塞：請求不能立即得到應答，需要等待。
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非阻塞：請求立即得到應答，不需要等待。
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同步I/O：同步I/O操作引起請求程式阻塞，直到I/O操作完成。
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非同步I/O：非同步I/O操作不引起請求程式阻塞。
舉個?
在?中我們的請求程式化身肥宅，作業系統核心化身外賣老闆。
場景是肥宅週末早上在家餓了，想要吃外賣。
下面是肥宅叫外賣不同的方式。
阻塞：肥宅打了外賣的電話，外賣的老闆正在忙，所以把肥宅掛著，肥宅只能等老闆忙完才能訂外賣。
非阻塞：肥宅打了外賣的電話，不管有沒有東西賣給肥宅，外賣老闆都立即回覆了肥宅。
同步I/O：肥宅打了外賣的電話，外賣老闆告訴肥宅外賣什麼時候送到，肥宅需要自己定時打電話問一下外賣到了沒。
非同步I/O：肥宅打了外賣的電話下了訂單，肥宅就去打遊戲去了。外賣老闆會在指定的時間把外賣送到肥宅家裡，並打電話讓肥宅來取。
五種I/O模型
瞭解了阻塞，非阻塞，非同步與同步，下面我們的五種I/O模型都會用到這些概念。
阻塞I/O模型
請求程式發起系統呼叫後，一直等待核心資料拷貝完成，整個過程請求程式是阻塞的。
非阻塞I/O模型
請求程式發起系統呼叫後，如果核心沒有準備好會返回一個EWOULDBLOCK。然後請求程式會一直輪詢核心，直到核心準備好，開始拷貝資料。
I/O複用模型
- select: 多個的程式的IO可以註冊到一個複用器（select）上，然後用一個程式呼叫該select， select會監聽所有註冊進來的IO。單個程式所能開啟的檔案描述符最大隻能是1024。使用該技術會有C10K併發問題
- poll: 對select的一種優化，基於連結串列實現，沒有了1024的限制，但是對連結串列的遍歷使效能低下。
- epoll: 不需要線性遍歷，通過callback進行IO完成後的通知。(由於AIO不成熟，在linux大多使用epoll)
- kqueue: 與epoll類似，存在FreeBSD中。
訊號驅動I/O模型
當程式發起一個IO操作，會向核心註冊一個訊號處理函式，然後程式返回不阻塞；當核心資料就緒時會傳送一個訊號給程式，程式便在訊號處理函式中呼叫IO讀取資料。
非同步I/O模型
當程式發起一個IO操作，程式返回（不阻塞），但也不能返回結果；核心把整個IO處理完後，會通知程式結果。如果IO操作成功則程式直接獲取到資料。
I/O模型的比較
同步阻塞IO、同步非阻塞IO、IO多路複用、訊號驅動IO都屬於同步IO。
只有非同步IO屬於非同步IO。
linux非同步I/O有基於執行緒池的，但AIO有缺陷（無法利用系統快取等），使用比較多的是epoll。（AIO是posix標準）
win非同步I/O使用比較多的是IOCP。
非同步I/O執行緒池主流的實現是IO執行緒負責I/O(大部分時間阻塞在I/O上)，執行緒間通過訊號量進行通訊。
非同步I/O庫
- glibc aio： 缺陷是自帶單獨的執行執行緒去執行回撥函式，這對使用者來說很難控制。
- ACE：ACE 過於複雜，甚至比它試圖封裝的物件更復雜。
- libevent : 名氣最大，應用最廣泛，歷史悠久的跨平臺事件庫。（缺點：使用全域性變數，定時器無法處理時間跳變等設計缺陷。）
- libev : 較libevent而言，設計更簡練，效能更好。（缺點：對Windows支援不夠好）
- libuv : 開發node的過程中需要一個跨平臺的事件庫，他們首選了libev，但又要支援Windows，故重新封裝了一套，*nix下早期用libev實現(現已自己實現)，Windows下用IOCP實現；(缺點：沒有正確的處理 TCP 關閉，允許空回撥,使用者不知道出錯在哪裡)。
- ASIO：在epoll的基礎上用iocp的思想墊了一層，然後封裝為統一介面（缺點：在linux上會損失一部分效率）。
Libevent、libev、libuv三個網路庫，都是c語言實現的非同步事件庫Asynchronousevent library）。
ASIO在2017年進入了c++標準。
node的非同步I/O底層庫使用的是libuv。