用户空间及内核空间概念：
我们知道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，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。每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。
Linux网络IO模型
我们都知道，为了OS的安全性等的考虑，进程是无法直接操作I/O设备的，其必须通过系统调用请求内核来协助完成I/O动作，而内核会为每个I/O设备维护一个buffer。 如下图所示：
请求流程：用户进程发起请求，内核接受到请求后，从I/O设备中获取数据到buffer中，再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间，该用户进程获取到数据后再响应客户端。
所以，我们知道IO其实分为两个阶段，第一个阶段：从I/O设备中获取数据到buffer中，第二个阶段：再将buffer中的数据copy到用户进程的地址空间。
阻塞I/O (Blocking I/O)
非阻塞I/O (Non-Blocking I/O)
I/O复用（I/O Multiplexing)
信号驱动的I/O (Signal Driven I/O)
异步I/O (Asynchrnous I/O)
阻塞I/O (Blocking I/O)
在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking，一个典型的读操作流程大概是这样：
当用户进程调用了recvfrom (system call)，之后用户进程就一直阻塞，等待数据准备好，也就是等待数据被copy到用户空间。而内核负责把IO设备的数据填入其buffer，然后再把buffer数据copy到用户空间，然后内核返回结果，用户进程才解除block的状态，重新运行起来。
Blocking IO的特点是：用户进程只使用了一次系统调用：recvfrom；用户进程在IO执行的两个阶段都是阻塞的。
非阻塞I/O (Non-Blocking I/O)
linux下，可以通过设置socket使其变为non-blocking。当对一个non-blocking socket执行读操作时，流程是这个样子：
当用户进程调用recvfrom（system call）时，系统不会阻塞用户进程，而是立刻返回一个ewouldblock错误，从用户进程角度讲 ，并不需要等待，而是马上就得到了一个结果。用户进程判断标志是ewouldblock时，就知道数据还没准备好，于是它就可以去做其他的事了。但是需要它主动地去再次发送recvfrom，一旦内核中的数据准备好了，那么内核进程马上就将数据拷贝到了用户内存，然后返回。
Non-Blocking IO的特点是：用户进程多次使用一个系统调用：recvfrom；在IO第一阶段中用户进程虽然是非阻塞的，但是需要去轮询发起recvfrom系统调用，看看是否已经准备好了某些操作，属于同步。
I/O复用（I/O Multiplexing)
IO multiplexing这个词可能有点陌生，但是如果我说select，epoll，大概就都能明白了。有些地方也称这种IO方式为event driven IO。我们都知道，select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理就是select/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。它的流程如图：
当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，内核会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用recvfrom操作，将数据从内核拷贝到用户进程。 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)。但是，用select的优势在于它可以同时处理多个connection。（多说一句。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。） 在IO multiplexing Model中，实际中，对于每一个socket，一般都设置成为non-blocking，但是，如上图所示，整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block，而不是被socket IO给block。
IO Multiplexing的特点是：用户进程使用了两种系统调用：select、recvfrom；在IO第一阶段利用select同时处理多个connection的优势，适用于连接数比较高的场景。
信号驱动的I/O (Signal Driven I/O)
很明显可以看出用户进程不是阻塞的。首先用户进程建立SIGIO信号处理程序，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数，这时用户进程便可以做其他的事了，一旦数据准备好，系统便为该进程生成一个SIGIO信号，去通知它数据已经准备好了，于是用户进程便调用recvfrom把数据从内核拷贝出来，并返回结果。
Signal Driven IO的特点是：用户进程使用了两种系统调用：sigaction、recvfrom；在IO第一阶段利用SIGIO信号的方式做到了非阻塞，而且是一旦第一阶段的数据准备好了，内核还会去通知用户进程，做到了异步。
异步I/O
一般来说，这些函数通过告诉内核启动操作并在整个操作（包括内核的数据到缓冲区的副本）完成时通知我们。这个模型和前面的信号驱动I/O模型的主要区别是：在信号驱动的I/O中，内核告诉我们何时可以启动I/O操作，但是异步I/O时，内核告诉我们何时I/O操作完成。
当用户进程向内核发起某个操作后，会立刻得到返回，并把所有的任务都交给内核去完成（包括将数据从内核拷贝到用户自己的缓冲区），内核完成之后，只需返回一个信号告诉用户进程已经完成就可以了。
异步IO特点是：用户发起一次系统调用：aio_read；整个过程中用户进程为非阻塞异步的。
参考：