说说IO多路复用

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。

喵呜面试助手:一站式解决面试问题,你可以搜索微信小程序 喵呜面试助手 或关注 喵呜刷题 -> 面试助手 免费刷题。如有好的面试知识或技巧期待您的共享!

相关推荐
xx~t21 分钟前
嵌入式学习——ARM1
linux·arm开发·嵌入式硬件·arm
xx~t23 分钟前
嵌入式——ARM1(详细篇)
linux·arm开发·嵌入式硬件·arm
DYWorker0014 小时前
Linux驱动子系统:DMA-Buf —— Consumer和Provider(008)
linux·驱动开发
雯宝4 小时前
Linux 内核函数集
linux
GeW5 小时前
从挂科到高分通过:RHCE快速拿证的10个提分技巧
linux
鸠摩智首席音效师6 小时前
Linux /etc/nsswitch.conf 文件有什么作用 ?
linux
东城居士6 小时前
理解pinctrl和gpio子系统驱动
linux·嵌入式系统
H_oRIZoN_6 小时前
Linux入门DAY43 ARM 架构基础、寄存器、大小端、异常向量、交叉编译
linux·arm·linux应用编程
ι:6 小时前
NUC12 Pro 安装 Ubuntu 24.04 LTS 详细教程
linux·windows·ubuntu·nuc
代码村新手7 小时前
Linux-进程概念
linux