IO多路复用技术详解

  IO多路复用:I/O是指网络I/O,多路指多个TCP连接(即socket或者channel),复用指复用一个或几个线程。意思说一个或一组线程处理多个TCP连接。最大优势是减少系统开销小,不必创建过多的进程/线程,也不必维护这些进程/线程。
  IO多路复用使用两个系统调用(select/poll/epoll和recvfrom),blocking IO只调用了recvfrom;select/poll/epoll 核心是可以同时处理多个connection,而不是更快,所以连接数不高的话,性能不一定比多线程+阻塞IO好,多路复用模型中,每一个socket,设置为non-blocking,阻塞是被select这个函数block,而不是被socket阻塞的。

select机制
基本原理:
  客户端操作服务器时就会产生这三种文件描述符(简称fd):writefds(写)、readfds(读)、和exceptfds(异常)。select会阻塞住监视3类文件描述符,等有数据、可读、可写、出异常 或超时、就会返回;返回后通过遍历fdset整个数组来找到就绪的描述符fd,然后进行对应的IO操作。
优点:
  几乎在所有的平台上支持,跨平台支持性好
缺点:
  由于是采用轮询方式全盘扫描,会随着文件描述符FD数量增多而性能下降。
  每次调用 select(),需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态,并进行遍历(消息传递都是从内核到用户空间)
  默认单个进程打开的FD有限制是1024个,可修改宏定义,但是效率仍然慢。

poll机制:
  基本原理与select一致,也是轮询+遍历;唯一的区别就是poll没有最大文件描述符限制(使用链表的方式存储fd)。
epoll机制:
基本原理:
  没有fd个数限制,用户态拷贝到内核态只需要一次,使用时间通知机制来触发。通过epoll_ctl注册fd,一旦fd就绪就会通过callback回调机制来激活对应fd,进行相关的io操作。
epoll之所以高性能是得益于它的三个函数
  1)epoll_create()系统启动时,在Linux内核里面申请一个B+树结构文件系统,返回epoll对象,也是一个fd
  2)epoll_ctl() 每新建一个连接,都通过该函数操作epoll对象,在这个对象里面修改添加删除对应的链接fd, 绑定一个callback函数
  3)epoll_wait() 轮训所有的callback集合,并完成对应的IO操作
优点:
  没fd这个限制,所支持的FD上限是操作系统的最大文件句柄数,1G内存大概支持10万个句柄
  效率提高,使用回调通知而不是轮询的方式,不会随着FD数目的增加效率下降
  内核和用户空间mmap同一块内存实现(mmap是一种内存映射文件的方法,即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间)

例子:100万个连接,里面有1万个连接是活跃,我们可以对比 select、poll、epoll 的性能表现
  select:不修改宏定义默认是1024,l则需要100w/1024=977个进程才可以支持 100万连接,会使得CPU性能特别的差。
  poll:    没有最大文件描述符限制,100万个链接则需要100w个fd,遍历都响应不过来了,还有空间的拷贝消耗大量的资源。
  epoll:    请求进来时就创建fd并绑定一个callback,主需要遍历1w个活跃连接的callback即可,即高效又不用内存拷贝。

posted @ 2019-01-19 20:51  吴磊的  阅读(13591)  评论(1编辑  收藏  举报
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