说说IO多路复用

news2024/11/20 8:30:18

分析&回答

IO多路复用

I/O multiplexing 这里面的 multiplexing 指的其实是在单个线程通过记录跟踪每一个Sock(I/O流)的状态(对应空管塔里面的Fight progress strip槽)来同时管理多个I/O流。直白点说：多路指的是多个socket连接，复用指的是复用一个线程进行管理。发明它的原因，是尽量多的提高服务器的吞吐能力。

Linux IO多路复用依次出现了select、poll、epoll实现，可以认为select、poll是过期产品，现在推荐使用epoll，epoll性能比其他几者要好。

Epoll介绍

epoll是linux2.6内核的一个新的系统调用，epoll在设计之初，就是为了替代select, poll线性复杂度的模型，epoll的时间复杂度为O(1), 也就意味着，epoll在高并发场景，随着文件描述符的增长，有良好的可扩展性。

select 和 poll 监听文件描述符list，进行一个线性的查找 O(n)
epoll: 使用了内核文件级别的回调机制O(1)

Epoll高效原理

调用epoll_create时，内核除了帮我们在epoll文件系统里建了个file结点，在内核cache里建了个RB-Tree红黑树用于存储以后epoll_ctl传来的socket外，还会再建立一个list链表，用于存储准备就绪的事件。
调用epoll_wait时，仅仅观察这个list链表里有没有数据即可。有数据就返回，没有数据就sleep，等到timeout时间到后即使链表没数据也返回。所以，epoll_wait非常高效。而且，通常情况下即使我们要监控百万计的句柄，大多一次也只返回很少量的准备就绪句柄而已，所以，epoll_wait仅需要从内核态copy少量的句柄到用户态而已。

epoll高效的本质在于：

减少了用户态和内核态的文件句柄拷贝
减少了对可读可写文件句柄的遍历
mmap 加速了内核与用户空间的信息传递，epoll是通过内核与用户mmap同一块内存，避免了无谓的内存拷贝
IO性能不会随着监听的文件描述的数量增长而下降
使用红黑树存储fd，以及对应的回调函数，其插入，查找，删除的性能不错，相比于hash，不必预先分配很多的空间

反思&扩展

IO多路复用涉及知识较多，如果你想成为你的亮点，就继续了解，如果应付问题，可以浅尝辄止。

IO多路复用模型 Reactor

异步IO Proactor

“真正”的异步IO需要操作系统更强的支持。

Epoll事件有两种模型

边沿触发：edge-triggered (ET)，水平触发：level-triggered (LT)

水平触发(level-triggered)
- socket接收缓冲区不为空有数据可读读事件一直触发
- socket发送缓冲区不满可以继续写入数据写事件一直触发
边沿触发(edge-triggered)
- socket的接收缓冲区状态变化时触发读事件，即空的接收缓冲区刚接收到数据时触发读事件
- socket的发送缓冲区状态变化时触发写事件，即满的缓冲区刚空出空间时触发读事件边沿触发仅触发一次，水平触发会一直触发。