翻译《The Sockets Networking API: UNIX® Network Programming Volume 1, Third Edition》中第六章中Unix的五种I/O模型的区别，以及POIX对于同步I/O与异步I/O的定义。
Unix下5中I/O模型的基本区别：
- 阻塞I/O（blocking I/O）
- 非阻塞I/O（nonblocking I/O），例如
select和poll - I/O多路复用（I/O multiplexing）
- 信号驱动I/O（singal driven I/O）
- 异步IO（asynchronous I/O），
POSIX中定义的aio_functions
在输入操作的过程中，一般有两个阶段
- 等待数据准备完毕
- 将数据从内核（内存）复制到进程（内存）
socket上的输入操作，第一步一般是等待网络中的数据到达，当数据到达之后，会被复制到内核缓冲区。然后第二步就是将数据从内核缓冲区复制到应用缓冲区。
阻塞I/O模型
在I/O模型中，最普遍的就是阻塞I/O模型，默认情况下，所有sockets都是阻塞的。如下图
这个例子中，我们使用UDP而不是TCP，因为可以将“数据准备好可以被读取”简单地理解为数据是否已经接收到数据。如果是TCP，这会很复杂。
在例子中，我们继续用recvfrom作为系统调用，因为我们要区分应用和内核。不管recvfrom现的，调用的时候都会产生从用户态到内核态的切换，一段时间之后重新回到用户态继续执行。
在上图中，进程调用recvfrom直到数据接收完成并且复制到应用缓冲区，系统调用的返回结果或者抛出异常。最平常的错误就是系统调用被中断信号中断。进程从调用recvfrom这段时间都处于阻塞中，当recvfrom用进程开始操作数据。
非阻塞I/O模型
当我们设置socket为非阻塞之后，当应用发起I/O请求的时候，如果数据还没有准备完毕，内核不会挂起进程，而是返回一个error。
最开始的三次recvfrom系统调用没有数据返回，所以内核马上返回了EWOULDBLOCK错误，第四次调用recvfrom，数据已经准备好，它被复制到应用缓冲区，然后recvfrom返回成功，之后应用可以开始处理数据。
当应用循环地对一个非阻塞的描述符调用recvfrom，被称为轮训（polling）。应用需要进行轮训，向内核请求检查一些操作是否已经完成，这会很浪费CPU时间，但是这种模型偶尔会出现在专用于一个功能的系统上。
I/O多路复用模型
应用在调用select或poll这两个系统调用的时候被阻塞（被select或者poll阻塞），而不是被实际的I/O系统调用阻塞。
上图是调用select的例子，在调用select的时候，应用被阻塞，直到数据可读。当select返回数据可读的时候，我们调用recvfrom将数据复制到应用的缓冲区中。
与阻塞I/O模型对比，看起来没有任何优势，反而会有缺陷，因为使用了select和recvfrom，总共两次系统调用，比阻塞I/O模型多了一次。但是select可以同时监听多个描述符等待数据。
- 另外一个与I/O多路复用模型很相似的是通过多线程使用阻塞I/O模型。这种模型不通过
select监听多个描述符，而是使用多个线程（每个文件描述符分配一个线程）去执行I/O操作，例如recvfrom。
信号驱动I/O模型
我们也可以使用信号，让内核在数据准备好的时候，给应用发送SIGIO信号。这种方式称为信号驱动I/O模型，如下图所示
首先需要设置socket启动信号驱动I/O功能，然后通过sigaction系统调用来设置信号处理方法。sigaction会马上返回结果，然后进程不会被阻塞，继续往下执行。当数据接收完毕，内核会产生一个SIGIO信号，触发信号处理方法，方法中可以通过recvfrom将数据复制到应用缓冲区，然后通知主循环去处理数据，也可以通知主循环，让其调用recvfrom。
这种模型的优点在于，当还没有接收到数据的时候，进程不会被阻塞。主循环可以继续执行，只需要等待信号处理方法的通知去处理数据或者读取数据。
异步I/O模型
异步I/O由POSIX定义（融合了各种标准中的实时方法），与其他实时方法相似，它们的工作方式都是通知内核开始I/O操作，然后在I/O操作完成的时候通知应用（包括将数据从内核缓冲区复制到应用缓冲区）。异步I/O模型与信号驱动I/O模型最主要的区别在于，在信号驱动I/O模型中，当数据准备完毕的时候，内核就会进行通知，而在异步I/O模型中，只有当I/O操作完成的时候（复制到应用缓冲区），内核才会通知。如下图所示
通过系统调用aio_read（POSIX中定义异步I/O方法都是以aio_或者lio_开头），参数包括描述符、缓冲区指针、缓冲区大小（这三个参数与read的参数一样）、文件偏移位置（与lseek一样），以及如何通知应用I/O操作完成。系统调用会马上返回结果，进程可以继续执行而不会被阻塞。
五种I/O模型的对比
下图展示了五种I/O模型的区别，其中主要的区别在于第一步接收数据的时候。到了第二步的时候，前四种I/O模型都是一样的（调用recvfrom，进程阻塞直到数据从内核缓冲区复制到应用缓冲区）。异步I/O模型从第一步到第二步都与另外四种I/O模型不一样。
同步I/O与异步I/O对比
POSIX定义如下：
- 同步I/O操作，会让请求的进程阻塞，直到I/O操作完成。
- 异步I/O操作不会造成进程的阻塞。
根据这两个定义，前四种模型（阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O多路复用和信号驱动I/O）都属于同步I/O，因为在实际I/O操作（例如recvfrom）的时候会造成进程的阻塞，只有异步I/O模型符合异步I/O的定义。