目录
4. 信号驱动 I/O（Signal-driven I/O）
I/O 模型（Input/Output Model）定义了程序与外部设备（如磁盘、网络、终端等）之间的数据交互方式。在计算机系统中，I/O 操作通常是程序与硬件设备之间的交互，而操作系统为此提供了不同的 I/O 模型来支持不同的并发、效率和资源管理需求。常见的 I/O 模型有以下几种：
1. 阻塞 I/O（Blocking I/O）
在阻塞 I/O 模型中，当程序发起一个 I/O 操作（例如读文件、接收网络数据）时，操作系统会阻塞当前线程，直到 I/O 操作完成。换句话说，程序会被挂起，直到 I/O 数据完全读取或写入完毕。此时线程无法做其他事情，直到操作完成。
-
优点：
-
编程简单，容易理解，应用程序按顺序执行，不需要处理多线程或事件驱动的复杂逻辑。
-
-
缺点：
-
性能差：如果 I/O 操作需要很长时间，程序将一直等待，浪费时间，无法进行其他操作，造成 CPU 的低效利用。
-
2. 非阻塞 I/O（Non-blocking I/O）
在非阻塞 I/O 模型中，当程序发起 I/O 操作时，操作系统不会阻塞线程，而是立即返回。如果数据没有准备好，I/O 操作会返回一个错误或特殊状态码，程序可以选择稍后再次尝试。这种方式适用于程序需要同时处理多个 I/O 操作，而不希望因一个操作的延迟而阻塞其他操作。
-
优点：
-
可以同时处理多个 I/O 操作，适用于高并发的场景，避免了线程阻塞。
-
-
缺点：
-
编程复杂度较高，需要反复检查 I/O 状态（轮询），可能导致 CPU 使用率较高。
-
3. I/O 多路复用（I/O Multiplexing）
I/O 多路复用是一种高效的非阻塞 I/O 模型，允许程序同时监听多个文件描述符或套接字的 I/O 事件（例如读取、写入、异常）。通过 I/O 多路复用，程序可以在单个线程中同时处理多个 I/O 操作。常用的实现方法包括 select、poll、epoll 等。
- 优点：
- 通过单线程或少量线程处理大量并发连接，适用于高并发服务器，能够高效地响应大量 I/O 请求。
- 缺点：
- 编程模型较复杂，需要根据不同的 I/O 事件做出响应，并且一些实现（如
select）在文件描述符数量很多时效率较低。
- 编程模型较复杂，需要根据不同的 I/O 事件做出响应，并且一些实现（如
4. 信号驱动 I/O（Signal-driven I/O）
信号驱动 I/O 允许程序通过信号来通知它某个 I/O 操作已完成。在这种模型中，程序注册一个信号处理函数，当文件描述符准备好进行 I/O 操作时，操作系统会发送一个信号给程序，程序收到信号后执行相应的处理。
-
优点：
-
避免了轮询，可以减少 CPU 使用率。
-
-
缺点：
-
编程较为复杂，需要处理信号的异步执行问题，可能会影响程序的控制流。
-
5. 异步 I/O（Asynchronous I/O）
在异步 I/O 模型中，当程序发起一个 I/O 操作时，操作系统立即返回，不会阻塞程序。I/O 操作在后台异步执行，程序可以继续进行其他操作。当 I/O 操作完成时，操作系统会通过回调通知程序结果。异步 I/O 适用于需要执行大量 I/O 操作的应用，且不希望任何 I/O 操作阻塞程序的执行。
-
优点：
-
程序可以在等待 I/O 操作完成的同时进行其他任务，提高了程序的整体效率。
-
高并发场景下，能够提高系统资源的利用率，减少上下文切换。
-
-
缺点：
-
编程复杂，需要处理回调函数或通知机制。
-
如果 I/O 操作异常，处理方式可能较为复杂。
-
总结
| 模型 | 特点 | 使用场景 | 优缺点 |
|---|---|---|---|
| 阻塞 I/O | 阻塞操作，直到完成才返回 | 简单应用场景，如文件操作 | 编程简单，但性能差，阻塞线程，不适合高并发 |
| 非阻塞 I/O | 发起 I/O 操作后立即返回，若没有准备好则返回错误 | 适合高并发场景，轮询检查 I/O 状态 | 编程复杂，CPU 占用高 |
| I/O 多路复用 | 单线程监听多个 I/O 事件，减少线程切换开销 | 高并发服务器，网络通信 | 编程复杂，某些实现效率低，需频繁系统调用 |
| 信号驱动 I/O | 使用信号来通知 I/O 完成 | 较少使用，主要用于特定的事件处理 | 编程复杂，信号处理可能影响控制流 |
| 异步 I/O | I/O 操作异步执行，程序可以继续执行其他操作 | 高并发应用，实时性要求较高 | 编程复杂，回调处理较麻烦、 |