i/o從直觀上來看是輸入/輸出;
從計算機架構的角度上來說：任何涉及到計算機核心（cpu和記憶體）與其他裝置間的資料遷移的過程就是i/o。本體是計算機核心（cpu和記憶體）。例如從硬碟上讀取資料到記憶體，是一次輸入，將記憶體中的資料寫入到硬碟就產生了輸出。在計算機的世界裡，這就是io的本質。
最後，從程式設計的角度去理解i/o
此事，i/o主體是其應用程式的執行態，即程序，特別強調的是我們的應用程式其實並不存在實質的io過程，真正的io過程是作業系統的事情，這裡把應用程式的io操作分為兩種動作：io呼叫和io執行。io呼叫是由程序發起，io執行是作業系統的工作。因此，更準確些來說，此時所說的io是應用程式對作業系統io功能的一次觸發，即io呼叫。
io呼叫的目的是將程序的內部資料遷移到外部即輸出，或將外部資料遷移到程序內部即輸入。這裡，外部資料指非程序空間資料，在程式設計時，通常討論的場景是來自外部儲存裝置的資料，如硬碟、cd-rom、以及需要socket通訊傳輸的網路資料。
以乙個程序的輸入型別的io呼叫為例，它將完成或引起如下工作內容：
程序向作業系統請求外部資料
作業系統將外部資料載入到核心緩衝區
作業系統將資料從核心緩衝區拷貝到程序緩衝區
程序讀取資料繼續後面的工作
從上面的描述來看，我們更容易理解乙個io操作，應用程式和作業系統都幹了些什麼，也幫助我們更容器理解阻塞和非阻塞，非同步和同步的相關io程式設計概念。同步（synchronous） io和非同步（asynchronous） io，阻塞（blocking） io和非阻塞（non-blocking）io分別是什麼，到底有什麼區別？這個問題其實不同的人給出的答案都可能不同，比如wiki，就認為asynchronous io和non-blocking io是乙個東西。這其實是因為不同的人的知識背景不同，並且在討論這個問題的時候上下文(context)也不相同。所以，為了更好的回答這個問題，我先限定一下本文的上下文。
本文討論的背景是linux環境下的network io。
在linux中預設情況下所有的socket都是阻塞的，乙個典型的讀操作流程大概是這樣：
當使用者程序呼叫了recvfrom這個系統呼叫，kernel就開始了io的第一階段：準備資料。對於network io來說，很多時候資料在一開始還沒有到達（比如，還沒收到乙個完整的udp包），這個時候核心就要等待足夠的資料到來。而在使用者程序這邊，整個程序會被阻塞。當kernel一直等到資料準備好了，它會將資料從kernel拷貝到程序記憶體空間，然後kernel返回結果，使用者程序才解除block的狀態，重新執行起來。
所以，blocking io的特點是在io執行的兩個階段都被阻塞了。
non-blocking io
linux下，可以通過設定socket使其變為non-blocking。當對乙個non-blocking socket執行讀操作時，流程是這個樣子：
從圖中可以看出，當使用者程序發出read操作時，如果kernel中的資料還沒有準備好，那麼它並不會block使用者程序，而是立刻返回乙個error。從使用者程序角度講 ，它發起乙個read操作後，並不需要等待，而是馬上就得到了乙個結果。使用者程序判斷結果是乙個error時，它就知道資料還沒有準備好，於是它可以再次傳送read操作。一旦kernel中的資料準備好了，並且又再次收到了使用者程序的system call，那麼它馬上就將資料拷貝到了使用者記憶體，然後返回。
所以，使用者程序其實是需要不斷的主動詢問kernel資料好了沒有。
io multiplexing
io multiplexing這個詞可能有點陌生，但是如果我說select，epoll，大概就都能明白了。有些地方也稱這種io方式為event driven io。我們都知道，select/epoll的好處就在於單個process就可以同時處理多個網路連線的io。它的基本原理就是select/epoll這個function會不斷的輪詢所負責的所有socket，當某個socket有資料到達了，就通知使用者程序。它的流程如圖：
當使用者程序呼叫了select，那麼整個程序會被block，而同時，kernel會「監視」所有select負責的socket，當任何乙個socket中的資料準備好了，select就會返回。這個時候使用者程序再呼叫read操作，將資料從kernel拷貝到使用者程序。
這個圖和blocking io的圖其實並沒有太大的不同，事實上，還更差一些。因為這裡需要使用兩個system call (select 和 recvfrom)，而blocking io只呼叫了乙個system call (recvfrom)。但是，用select的優勢在於它可以同時處理多個connection。（多說一句。所以，如果處理的連線數不是很高的話，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking io的web server效能更好，可能延遲還更大。select/epoll的優勢並不是對於單個連線能處理得更快，而是在於能處理更多的連線。）
在io multiplexing model中，實際中，對於每乙個socket，一般都設定成為non-blocking，但是，如上圖所示，整個使用者的process其實是一直被block的。只不過process是被select這個函式block，而不是被socket io給block。
asynchronous i/o
linux下的asynchronous io其實用得很少。先看一下它的流程：
使用者程序發起read操作之後，立刻就可以開始去做其它的事。而另一方面，從kernel的角度，當它受到乙個asynchronous read之後，首先它會立刻返回，所以不會對使用者程序產生任何block。然後，kernel會等待資料準備完成，然後將資料拷貝到使用者記憶體，當這一切都完成之後，kernel會給使用者程序傳送乙個signal，告訴它read操作完成了。
本文**於：
理解計算機系統
1 可以將系統抽象為5個部分 輸入，輸出，儲存，計算 處理 通訊網路 2 其實這也是計算機的基本體系架構，也是人本身的模型抽象 3 系統作為乙個整體向使用者提供服務，這種模型可以稱作面向系統，當然把系統看做是乙個物件，就可以叫物件導向，如果你把關注點放在系統的輸入，輸出，進行運算和處理的過程，這叫面...
《深入理解計算機系統》 系統級I O
關於i o可以先參考這些文章，但是這裡可能還是有所不同。分析系統級別的i o有什麼不一樣的地方。檔案i o 高階i o 標準庫i o 開篇介紹了三個級別的i o的區別之處。所有語言的執行時系統都提供執行i o的較高階別的工具。例如，標準i o庫 在unix系統中，是通過使用由核心提供的系統級i o函...
深入理解計算機系統 計算機系統漫遊
第一章 計算機系統漫遊 計算機系統是由硬體和系統軟體組成的。所有計算機系統都是由相似的硬體和軟體組成，它們又執行著相似的功能。以hello程式為例。1.1資訊就是位 上下文 hello程式的生命是從源程式 原始檔 開始的。源程式是程式設計師編寫的，hello.c。源程式是 0和1 的位元位，8個一組...