NIO学习笔记，从Linux IO演化模型到Netty—— 从BIO到epoll模型

本文不涉及具体代码，只分析Linux IO演化的心路历程，学习资料来源网络，不保证一定正确，若有错误，欢迎指出。

 

BIO

 

 服务端创建socket（80端口），文件描述符3号。

当线程调用accept时，阻塞等待3 fd连接就绪。

网卡（80端口）收到数据，将数据写入内存，向cpu发出中断信号，内核得知3 fd有新数据，cpu调用中断程序响应中断。

线程唤醒，文件描述符为4号的socket，这时候就要新建线程T1去循环read（阻塞） 4fd了，因为主线程要负责连接。

弊端：一个线程处理一个连接，当有大量短连接的时候，就会有大量线程新建和消亡，频繁地状态切换，耗费大量资源。不过适用于长连接，且每个连接有大量数据交互的情况。

 

是不是可以让一个线程去处理多个连接呢？这样的入口点在哪里呢？

答曰：在read非阻塞，线程read 4fd，没有数据，那就去read 5fd，这样循环遍历。

于是有了非阻塞式IO

 

 现在是可以一个线程处理多个连接了，但是又出现了新的问题。

1.当有大量有效连接时（指由数据要交互），一个线程要read 4fd，接着read 5fd，这样处理不及时。

2.当有大量无效连接时，一个线程频繁的read（系统调用），意味着要频繁的从用户态切换到内核态，这也耗费大量资源。

 

是不是可以减少read的调用次数呢？等到真的有数据来的时候再read。

于是有了IO多路复用的select模型

 

 线程调用select，把要监听的socket和对应的期待事件告诉内核，然后阻塞在所有的fd上，当内核发现有事件发生时，再唤醒对应fd上的线程，而后线程就可以去read。

但是，线程只知道监听的所有socket上，某些有数据，却不知道是哪个，所以要挨个遍历（每个socket是非阻塞的）。当有大量无效连接时，这一轮当中依然有 很多无效的read。

处理完一轮之后，进入到下一轮的select，而每一轮的select都要把要监听的socket的fd传给内核，数目一大，这成本也很高。

基于这两方面原因，select的上限设定为1024。（poll模型基本与select一样，只是有少量改进，如不限数量（仍然受限于物理），将略过）

 

其实fd传一次就够了吧？以后的每一次都是在上一次的基础上，要新增就新增，要减掉就减掉，否则要监听还是和上一次一样。

是不是可以省去无效的read呢？要是我醒来之后，要read的每一个socket都是有效的就好了！

于是有了IO多路复用的epoll模型

 

  epoll_create()得到一个5号epfd指向的是一个mmap共享空间（有关mmap，零拷贝的内容在下一篇讲解）。

接着得到一个7号fd的socket（NONBLOCK），通过epoll_ctl将它加到5号epfd的红黑树上。以后每一次要加，就通过调用这个函数加，文件描述符只用传一次。

epoll_wait(5)线程在eventpoll上阻塞等待（可以设置超时参数）。

当数据到来，5 epfd的红黑树上有事件发生时，中断程序将会把发生事件的socket加到rdlist这个双向链表中，然后唤醒5 epfd中eventpoll等待队列中的线程。

线程唤醒后就可以有效地遍历双向链表了。

epoll_wait的时候设置水平触发或者边缘触发

event.events = EPOLLIN | EPOLLET;//边缘触发，当有新数据到来时触发，若上一次没有读完，需等到下一次有新数据来。Netty中为边缘触发

event.events = EPOLLIN; // LT是默认模式，当socket中有数据（可能是上一次遗留），epoll_wait即可返回。jdk nio中为水平触发

 

2020.9.15更正，在Linux内核2.6中，epoll没有使用到mmap