IO模型分析
IO模型分析 本文主要讲的是网络IO技术，在网络IO中常见模型有五种BIO，NIO，AIO，I/O multiplexing，Signal driven I/O，分别对应的是阻塞IO，非阻塞IO，异步IO，IO多路复用，信号驱动IO。本文主要讲述阻塞IO与三种IO多路复用 BIO 常见阻塞式IO即一个线程对应一个IO处理，当IO事件阻塞时，当前线程也一起阻塞，直到IO事件就绪。这种IO效率较为低下，在等待IO就绪期间线程一直处于阻塞状态，线程利用率低。此种IO模型除开初学者进行多线程IO训练，使用较少。 Select select属于NIO的一种，属于非阻塞式IO，无需实现多个线程等待多个IO事件的就绪，select会维护一个名叫fd_set的事件描述符数组。 每一次需要发起IO请求时，就加入一个事件描述符到管道中，然后由select函数进行管道的遍历，不断的轮询管道中各个IO事件的状态，当出现某个IO事件状态为就绪时，就进行此IO事件的处理，这样多个线程的IO阻塞模型转换为IO的多路复用，也就是只需阻塞一个线程，监听管道描述符的IO事件状态，当有就绪事件时并进行处理，减少了IO事件未就绪时线程等待的开销，极大的提高了系统的性能。 Poll poll函数为select函数的升级版，在select函数中维护了事件描述符数组，然而数组必须规定数组长度，无法像链表一样实现可增长。因此poll函数在用户态维护了描述符数组，在内核态处理IO操作时，将其转换为链表，这样就摆脱了最大文件描述符数量的限制。但是poll和select中内核态与用户态的拷贝带来性能损失问题始终没有解决。 Epoll epoll是一种更为高效的多路复用技术，也是Nginx服务器能处理高流量背后的技术支撑他最大的特点就是解决了select和poll中描述符序列中携带未就绪序列导致浪费的问题。他直接将描述符序列插入到内核中的epoll_event的红黑树描述符序列中，选择红黑树的原因是由于描述符序列需要频繁的查找，插入，删除，红黑树是最好的选择。 红黑树是一种自平衡二叉查找树，具有以下优点： 任何一个节点的左右子树的高度差不超过一倍。 查找、插入、删除操作的时间复杂度都是 $O(log n)$。 它能够快速地支持区间查找和排序等操作。 内核对红黑树中文件描述符进行监听，在使用 epoll_wait 等待事件时，可以指定一个回调函数，该函数将在事件到达时被调用，当事件触发后，内核会调用该回调进行操作。 epoll中水平触发和垂直触发 水平触发 当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_ wait 时，会再次响应应用程序并通知此事件。 边缘触发 当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_ wait 时，不会再次响应应用程序并通知此事件。例如这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你。