五种IO模型包括：阻塞IO、非阻塞IO、信号驱动IO、IO多路转接、异步IO。其中，前四个被称为同步IO。
一、基本概念
在正式开始讲 Linux IO 模型前，先介绍 5 个基本概念。
1.1 用户空间与内核空间
现在操作系统都是采用虚拟存储器，那么对 32 位操作系统而言，它的寻址空间 (虚拟存储空间)为 4G (2的32次方)。操作系统的核心是内核，独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核 (kernel)，保证内核的安全，操作系统将虚拟空间划分为两部分，一部分为内核空间，一部分为用户空间。针对 Linux 操作系统而言，将最高的 1G 字节 (从虚拟地址 0xC0000000 到 0xFFFFFFFF)，供内核使用，称为内核空间，而将较低的3G字节 (从虚拟地址 0x00000000 到 0xBFFFFFFF)，供各个进程使用，称为用户空间。
1.2 进程切换
为了控制进程的执行，内核必须有能力挂起正在 CPU 上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行。这种行为被称为进程切换。因此可以说，任何进程都是在操作系统内核的支持下运行的，是与内核紧密相关的。总之，进程切换很耗资源。
1.3 进程的阻塞
正在执行的进程，由于期待的某些事件未发生，如请求系统资源失败、等待某种操作的完成、新数据尚未到达或无新工作做等，则由系统自动执行阻塞原语(Block)，使自己由运行状态变为阻塞状态。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为，也因此只有处于运行态的进程 (获得 CPU)，才可能将其转为阻塞状态。当进程进入阻塞状态，是不占用 CPU 资源的。
1.4 文件描述符 fd
文件描述符 (File descriptor)是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。
文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于 UNIX、Linux 这样的操作系统。
Linux 内核将所有外部设备都看做一个文件来操作，对一个文件的读写操作会调用内核提供的系统命令，返回一个 file descriptor(fd，文件描述符)。而对一个 socket 的读写也会有相应的描述符，称为 socketfd(socket 描述符)，描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体(文件路径，数据区等一些属性)。
1.5 缓存 IO
缓存 IO 又被称作标准 IO，大多数文件系统的默认 IO 操作都是缓存 IO。在 Linux 的缓存 IO 机制中，操作系统会将 IO 的数据缓存在文件系统的页缓存 (page cache) 中，也就是说，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。
缓存 IO 的缺点：
- 数据在传输过程中需要在应用程序地址空间和内核进行多次数据拷贝操作，这些数据拷贝操作所带来的 CPU 以及内存开销是非常大的。
二、Linux IO 模型
网络 IO 的本质是 socket 的读取，socket 在 linux 系统被抽象为流，IO 可以理解为对流的操作。刚才说了，对于一次 IO 访问 (以 read 举例)，数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个 read 操作发生时，它会经历两个阶段：
- 第一阶段：等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)。
- 第二阶段：将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)。
对于 socket 流而言，
- 第一步：通常涉及等待网络上的数据分组到达，然后被复制到内核的某个缓冲区。
- 第二步：把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。
网络应用需要处理的无非就是两大类问题，网络 IO，数据计算。相对于后者，网络 IO 的延迟，给应用带来的性能瓶颈大于后者。网络 IO 的模型大致有如下几种：
- 阻塞 IO (bloking IO)
- 非阻塞 IO (non-blocking IO)
- 多路复用IO (multiplexing IO)
- 信号驱动式 IO (signal-driven IO)
- 异步 IO (asynchronous IO)
注：由于 signal driven IO 在实际中并不常用，所以这只提及剩下的四种 IO Model。
