1. 同步阻塞IO模型
在Linux中，对于一次读取IO的操作，数据并不会直接复制到程序的缓冲区。通常包括两个不同阶段：
- 等待数据准备好，到达内核缓冲区。
- 从内核向进程复制数据。
对于一个套接字上的输入操作：
- 第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所有等待数据报到达时，它被复制到内核中的某个缓冲区。
- 第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用程序缓冲区。
同步阻塞IO模型是常用、简单的模型。在Linux中，默认情况下，所有套接字都是阻塞的。下面我们以阻塞套接字的recvfrom的调用图来说明阻塞。
进程调用一个recvfrom请求，但是它不能立刻收到回复，直到数据返回。
然后将数据从内核复制到用户空间。在IO执行的两个阶段中，进程都处于阻塞状态，在等待数据返回的过程中不能做其他的工作，只能阻塞地等在那里。
- 优点：简单，实时性高，响应及时，无延时。
- 缺点：需要阻塞等待，性能差。
2. 同步非阻塞IO模型
与阻塞IO不同的是，非阻塞的recvfrom系统调用之后，进程并没有被阻塞，内核马上返回给进程，如果数据还没准备好，此时会返回一个error（EAGAIN或EWOULDBLOCK）。进程在返回之后，可以处理其他的业务逻辑，过会儿再发起recvfrom系统调用。采用轮询的方式检查内核数据，直到数据准备好，再复制数据到进程，进行数据处理。在Linux下，可以通过设置套接字选项使其变为非阻塞。
如图所示：
前3次调用recvfrom请求并没有数据返回，所以内核返回error（EWOULDBLOCK），并不会阻塞进程。
当第4次调用recvfrom时，数据已经准备好了，然后将它从内核复制到用户空间，处理数据。
在非阻塞状态下，IO执行的等待阶段并不是完全阻塞的，但是第二个阶段依然处于阻塞状态（调用者将数据从内核复制到用户空间，这个阶段阻塞）。
- 优点：能够在等待任务完成的时间里干其他活（包括提交其他任务，也就是“后台”可以有多个任务在同时执行）。
- 缺点：任务完成的响应延迟增大了，因为每过一段时间才去轮询一次read操作，而任务可能在两次轮询之间的任意时间完成，这会导致整体数据吞吐量降低。
3. 同步多路复用IO模型
多路复用IO的好处在于单个进程可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理是不再由应用程序自己监视连接，而是由内核替应用程序监视文件描述符。
以select函数为例，当用户进程调用了select，那么整个进程会被阻塞，同时内核会“监视”所有select负责的套接字，当任何一个套接字中的数据准备好时，select函数就会返回。这时用户进程再调用read操作，将数据从内核复制到用户进程。
这里需要使用两个系统调用（select和recvfrom），而阻塞IO只调用了一个recvfrom。所以，如果处理的连接数不是很高的话，使用IO复用的服务器并不一定比使用多线程+非阻塞IO的性能好，可能延迟更大。多路复用IO的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是单个进程可以同时处理多个网络连接的IO。
在实际使用时，对于每一个套接字，都可以设置为非阻塞。整个用户的进程其实是一直被阻塞的，只不过进程是被select这个函数阻塞，而不是被IO操作阻塞。所以IO多路复用是阻塞在select、epoll这样的系统调用之上，而没有阻塞在真正的IO系统调用（如recvfrom）中。
- 优势：系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源。
其主要应用场景如下：
- 服务器需要同时处理多个处于监听状态或者多个连接状态的套接字。
- 服务器需要同时处理多种网络协议的套接字，如同时处理TCP和UDP请求。
- 服务器需要监听多个端口或处理多种服务。
- 服务器需要同时处理用户输入和网络连接。
4. 同步信号驱动IO模型
该模型允许套接字进行信号驱动IO，并注册一个信号处理函数，进程并不阻塞而继续运行。当数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用IO操作函数处理数据。
5. 异步IO模型
相对于同步IO，异步IO不是顺序执行的。用户进程进行aio_read系统调用之后，就可以去处理其他的逻辑了，无论内核数据是否准备好，都会直接返回给用户进程，不会对进程造成阻塞。等到数据准备好了，内核直接复制数据到用户空间，然后从内核向进程发送通知，此时数据已经在用户空间，可以对数据进行处理了。
在Linux中，通知的方式是“信号”，分为3种情况：
- 如果这个进程正在用户态处理其他逻辑，那就强行打断，调用事先注册的信号处理函数，这个函数可以决定何时以及如何处理这个异步任务。由于信号处理函数是突然“闯”进来的，因此跟中断处理程序一样，有很多事情是不能做的，为了保险起见，一般是把事件“登记”一下放进队列，然后返回该进程原来在做的事。
- 如果这个进程正在内核态处理，例如以同步阻塞方式读写磁盘，就把这个通知挂起来，等到内核态的事情忙完了，快要回到用户态的时候，再触发信号通知。
- 如果这个进程现在被挂起了，例如陷入睡眠，就把这个进程唤醒，等待CPU调度，触发信号通知。
可以看到，IO两个阶段的进程都是非阻塞的。