多路IO复用模型

同步阻塞IO在等待数据就绪上花去太多时间,而传统的同步非阻塞IO虽然不会阻塞进程,但是结合轮询来判断数据是否就绪仍然会耗费大量的CPU时间。

多路IO复用提供了对大量文件描述符进行就绪检查的高性能方案。

select

select诞生于4.2BSD,在几乎所有平台上都支持,其良好的跨平台支持是它的主要的也是为数不多的优点之一。

select的缺点(1)单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制(2)select需要复制大量的句柄数据结构,产生巨大的开销 (3)select返回的是含有整个句柄的列表,应用程序需要遍历整个列表才能发现哪些句柄发生了事件(4)select的触发方式是水平触发,应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作,那么之后每次select调用还是会将这些文件描述符通知进程。相对应方式的是边缘触发。

poll

poll 诞生于UNIX System V Release 3,那时AT&T已经停止了UNIX的源代码授权,所以显然也不会直接使用BSD的select,所以AT&T自己实现了一个和select没有多大差别的poll。

poll和select是名字不同的孪生兄弟,除了没有监视文件数量的限制,select后面3条缺点同样适用于poll。

面对select和poll的缺陷,不同的OS做出了不同的解决方案,可谓百花齐放。不过他们至少完成了下面两点超越,一是内核长期维护一个事件关注列表,我们只需要修改这个列表,而不需要将句柄数据结构复制到内核中;二是直接返回事件列表,而不是所有句柄列表。

/dev/poll

Sun在Solaris中提出了新的实现方案,它使用了虚拟的/dev/poll设备,开发者可以将要监视的文件描述符加入这个设备,然后通过ioctl()来等待事件通知。

/dev/epoll

名为/dev/epoll的设备以补丁的方式出现在Linux2.4中,它提供了类似/dev/poll的功能,并且在一定程度上使用mmap提高了性能。

kqueue

FreeBSD实现了kqueue,可以支持水平触发和边缘触发,性能和下面要提到的epoll非常接近。

epoll

epoll诞生于Linux 2.6内核,被公认为是Linux2.6下性能最好的多路IO复用方法。

int epoll_create(int size) 

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event) 

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout) 
  • epoll_create 创建 kernel 中的关注事件表,相当于创建 fd_set
  • epoll_ctl 修改这个表,相当于 FD_SET 等操作 
  • epoll_wait等待 I/O事件发生,相当于 select/poll 函数 

epoll支持水平触发和边缘触发,理论上来说边缘触发性能更高,但是使用更加复杂,因为任何意外的丢失事件都会造成请求处理错误。Nginx就使用了epoll的边缘触发模型。

这里提一下水平触发和边缘触发就绪通知的区别,这两个词来源于计算机硬件设计。它们的区别是只要句柄满足某种状态,水平触发就会发出通知;而只有当句柄状态改变时,边缘触发才会发出通知。例如一个socket经过长时间等待后接收到一段100k的数据,两种触发方式都会向程序发出就绪通知。假设程序从这个socket中读取了50k数据,并再次调用监听函数,水平触发依然会发出就绪通知,而边缘触发会因为socket“有数据可读”这个状态没有发生变化而不发出通知且陷入长时间的等待。

因此在使用边缘触发的 api 时,要注意每次都要读到 socket返回 EWOULDBLOCK为止。

posted @ 2011-06-23 14:58  Knowledge Base  阅读(1441)  评论(0编辑  收藏  举报