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3. 信号驱动 IO（Signal Driven IO，SIGIO）
IO 的过程可以分为等待数据和拷贝数据两个阶段。
1. 同步阻塞 IO（Blocking IO）
同步阻塞 IO：进程发起 IO 操作后会被阻塞，知道 IO 操作完成才返回，期间无法处理其他任务。阻塞 IO 是最常见的 IO 模型。
如上图所示，进程调用 recvfrom 向内核发送读请求（读取文件、网络接收数据），内核等待数据就绪（数据从磁盘加载到内存、网络数据到达），数据就绪后，内核将数据拷贝到进程（用户）缓冲区，进程解除阻塞并处理数据。
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
char buffer[1024];
while(true)
{
std::cout << "请输入数据: ";
fflush(stdout); // 立即将内核缓冲区的数据刷新到标准输出中
ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer));
if (n > 0)
{
buffer[n - 1] = 0;
std::cout << "读取的数据：" << buffer << std::endl;
}
else
break;
}
r
如上图，标准输入默认情况下是阻塞模式的，所以每次都会等待用户进行输入之后才进行数据处理。
2. 同步非阻塞 IO（Non-Blocking IO）
2.1 同屋非阻塞 IO 介绍
同步非阻塞 IO：进程发起 IO 请求后立即返回，通过轮询方式查询 IO 操作是否完成，不会阻塞进程。
非阻塞 IO 往往需要轮询的方式反复尝试读写文件描述符，这对 CPU 来说是较大的浪费。
如上图，进程调用 recvfrom 发起读请求，第一次内核中无数据就绪，则返回，然后通过循环调用 recvfrom 发起第二次读请求，内核中依旧无数据就绪，继续返回，知道有数据就绪后，内核将数据拷贝到进程缓冲区中，并进行处理。
fcntl 函数：fcntl（file control）是 Linux 系统中用于操作文件描述符属性的核心系统调用，提供了对文件、套接字、管道等 IO 资源的高级控制能力。
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ...);fd：目标文件描述符。
cmd：操作命令，决定 fcntl 的具体功能。
...：可变参数，根据 cmd 不同可能为整数、指针或结构体。
返回值：成功时根据 cmd 返回不同值，失败返回 -1， 并设置 errno。
下列介绍部分 cmd 参数：
（1）F_GETFL：返回 fd 的状态标志（如 O_EDONLY、O_NONBLOCK）。
（2）F_SETFL：修改 fd 状态标志，常用标志包括：
O_NONBLOCK：设置为非阻塞 IO。
O_APPEND：设置为追加模式。
O_DIRECT：绕过内核缓冲区，直接 IO。
O_ASYNC：启动信号驱动 IO 通知。
2.2 错误码介绍
read 函数用于从文件描述符中读取数据，返回读取的字节数，错误时返回 -1，并设置 errno（错误码）。
下列介绍部分调用 read 函数时发生错误设置的错误码。
（1）EAGAIN：表示操作无法立即完成，需要重试（通常用于文件描述符设置为非阻塞时）。
（2）EWOULDBLOCK：与 EAGAIN 本质相同，是其别名，不同系统可能定义不同，在 POSXI 标准中，EWOULDBLOCK 常用于套接字操作。
（3）EINTR：表示阻塞的系统调用被信号（如 SIGINT、SIGTERM）中断，导致调用未完成而返回错误。
2.3 非阻塞 IO demo 代码
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
void SetNonBlock(int fd)
{
int fl = fcntl(fd, F_GETFL);
if (fl < 0)
{
perror("fcntl");
return;
}
fcntl(fd, F_SETFL, fl | O_NONBLOCK);
}
int main()
{
SetNonBlock(0); // 设置标准输入为非阻塞
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer));
if (n > 0)
{
buffer[n - 1] = 0;
std::cout << buffer << std::endl;
sleep(1);
}
else if (n < 0) // 底层数据没有准备好，数据读取不算出错
{
// 1. 读取出错或者数据没有就绪
if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) // 错误码
{
std::cout << "数据没有就绪... " << std::endl;
sleep(1);
// 其他业务
// ....
continue;
}
else if (errno == EINTR)
continue;
else // 其他错误
break;
}
else
break;
}
return 0;
}
3. 信号驱动 IO（Signal Driven IO，SIGIO）
信号驱动 IO：进程通过注册信号处理函数，当 IO 操作就绪时，内核向进程发送信号（如 SIGIO），进程通过信号回调处理 IO 事件。
如上图，进程将 fd 设置为信号驱动模式，并绑定信号处理函数，内核等待数据就绪后，向进程发送 SIGIO 信号，进程捕获信号，在信号处理函数中完成 IO 操作。
4. IO 多路复用（IO Multiplexing）
IO 多路复用：通过一个进程监控多个文件描述符，当其中一个或多个准备就绪时，进程被唤醒并处理对应的 IO 操作。
在 Linux 中有三种机制进行 IO 多路复用：select、poll、epoll。
select：监控 fd（文件描述符）集合，通过遍历 fd 判断就绪状态，fd 数量受限于 FD_SETSIZE（默认 1024）。该机制支持跨平台，但是效率低，并且监控 fd 数量有限，适合小规模连接。
poll：用链表存储 fd，无数量限制，但仍需遍历所有 fd 进行就绪状态的判断。该机制监控的 fd 没数量限制，效率比 select 高（但是仍需遍历所以 fd，效率也不是特别高）。
epoll：事件驱动模型，内核维护就绪 fd 列表，仅通知就绪事件（LT/ET 模式）。Linux 高新能机制，支持百万级连接，适用于高并发场景（如 Nginx、Redis）。
上述三种机制在之后进行详细介绍。
5. 异步 IO（Asynchronous IO，AIO）
异步 IO：进程发起 IO 请求后立即返回，内核在 IO 操作完成（包括数据拷贝）后通知进程，全程无需进程主动干预。
如上图，进程通过 aio_read 向内核提交 IO 请求，指定回调函数或事件通知方式。内核负责数据读取和拷贝当用户缓冲区，完成后通过信号、回调或事件通知进程，进程处理 IO 结构，无需关注中间过程。