Linux® 中最常用的输入/输出（I/O）模型是同步 I/O。在这个模型中，当请求发出之后，应用程式就会阻塞，直到请求满足为止。这是很好的一种解决方案，因为调用应用程式在等待 I/O 请求完成时无需使用任何中央处理单元（CPU）。但是在某些情况中，I/O 请求可能需要和其他进程产生交叠。可移植操作系统接口（POSIX）异步 I/O（AIO）应用程式接口（API）就提供了这种功能。在本文中，我们将对这个 API 概要进行介绍，并来了解一下如何使用他。
AIO 简介
Linux 异步 I/O 是 Linux 内核中提供的一个相当新的增强。他是 2.6 版本内核的一个标准特性，但是我们在 2.4 版本内核的补丁中也能够找到他。AIO 背后的基本思想是允许进程发起很多 I/O 操作，而不用阻塞或等待任何操作完成。稍后或在接收到 I/O 操作完成的通知时，进程就能够检索 I/O 操作的结果。
I/O 模型
在深入介绍 AIO API 之前，让我们先来探索一下 Linux 上能够使用的不同 I/O 模型。这并不是个详尽的介绍，但是我们将试图介绍最常用的一些模型来解释他们和异步 I/O 之间的区别。图 1 给出了同步和异步模型，连同阻塞和非阻塞的模型。
图 1. 基本 Linux I/O 模型的简单矩阵
每个 I/O 模型都有自己的使用模式，他们对于特定的应用程式都有自己的长处。本节将简要对其一一进行介绍。
同步阻塞 I/O
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最常用的一个模型是同步阻塞 I/O 模型。在这个模型中，用户空间的应用程式执行一个系统调用，这会导致应用程式阻塞。这意味着应用程式会一直阻塞，直到系统调用完成为止（数据传输完成或发生错误）。调用应用程式处于一种不再消费 CPU 而只是简单等待响应的状态，因此从处理的角度来看，这是很有效的。
图 2 给出了传统的阻塞 I/O 模型，这也是现在应用程式中最为常用的一种模型。其行为很容易理解，其用法对于典型的应用程式来说都很有效。在调用 read 系统调用时，应用程式会阻塞并对内核进行上下文转换。然后会触发读操作，当响应返回时（从我们正在从中读取的设备中返回），数据就被移动到用户空间的缓冲区中。然后应用程式就会解除阻塞（read 调用返回）。
图 2. 同步阻塞 I/O 模型的典型流程
从应用程式的角度来说，read 调用会延续很长时间。实际上，在内核执行读操作和其他工作时，应用程式的确会被阻塞。
同步非阻塞 I/O
同步阻塞 I/O 的一种效率稍低的变种是同步非阻塞 I/O。在这种模型中，设备是以非阻塞的形式打开的。这意味着 I/O 操作不会立即完成，read 操作可能会返回一个错误代码，说明这个命令不能立即满足（EAGAIN 或 EWOULDBLOCK），如图 3 所示。
图 3. 同步非阻塞 I/O 模型的典型流程
非阻塞的实现是 I/O 命令可能并不会立即满足，需要应用程式调用许多次来等待操作完成。这可能效率不高，因为在很多情况下，当内核执行这个命令时，应用程式必须要进行忙碌等待，直到数据可用为止，或试图执行其他工作。正如图 3 所示的相同，这个方法能够引入 I/O 操作的延时，因为数据在内核中变为可用到用户调用 read 返回数据之间存在一定的间隔，这会导致整体数据吞吐量的降低。
异步阻塞 I/O
另外一个阻塞解决方案是带有阻塞通知的非阻塞 I/O。在这种模型中，配置的是非阻塞 I/O，然后使用阻塞 select 系统调用来确定一个 I/O 描述符何时有操作。使 select 调用很有趣的是他能够用来为多个描述符提供通知，而不但仅为一个描述符提供通知。对于每个提示符来说，我们能够请求这个描述符能够写数据、有读数据可用连同是否发生错误的通知。
图 4. 异步阻塞 I/O 模型的典型流程 (select)
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