說說IO多路復(fù)用

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分析&回答

IO多路復(fù)用

I/O multiplexing 這里面的 multiplexing 指的其實(shí)是在單個(gè)線程通過記錄跟蹤每一個(gè)Sock(I/O流)的狀態(tài)(對(duì)應(yīng)空管塔里面的Fight progress strip槽)來同時(shí)管理多個(gè)I/O流。直白點(diǎn)說：多路指的是多個(gè)socket連接，復(fù)用指的是復(fù)用一個(gè)線程進(jìn)行管理。發(fā)明它的原因，是盡量多的提高服務(wù)器的吞吐能力。

Linux IO多路復(fù)用依次出現(xiàn)了select、poll、epoll實(shí)現(xiàn)，可以認(rèn)為select、poll是過期產(chǎn)品，現(xiàn)在推薦使用epoll，epoll性能比其他幾者要好。

Epoll介紹

epoll是linux2.6內(nèi)核的一個(gè)新的系統(tǒng)調(diào)用，epoll在設(shè)計(jì)之初，就是為了替代select, poll線性復(fù)雜度的模型，epoll的時(shí)間復(fù)雜度為O(1), 也就意味著，epoll在高并發(fā)場(chǎng)景，隨著文件描述符的增長(zhǎng)，有良好的可擴(kuò)展性。

select?和?poll?監(jiān)聽文件描述符list，進(jìn)行一個(gè)線性的查找 O(n)
epoll: 使用了內(nèi)核文件級(jí)別的回調(diào)機(jī)制O(1)

Epoll高效原理

調(diào)用epoll_create時(shí)，內(nèi)核除了幫我們?cè)趀poll文件系統(tǒng)里建了個(gè)file結(jié)點(diǎn)，在內(nèi)核cache里建了個(gè)RB-Tree紅黑樹用于存儲(chǔ)以后epoll_ctl傳來的socket外，還會(huì)再建立一個(gè)list鏈表，用于存儲(chǔ)準(zhǔn)備就緒的事件。
調(diào)用epoll_wait時(shí)，僅僅觀察這個(gè)list鏈表里有沒有數(shù)據(jù)即可。有數(shù)據(jù)就返回，沒有數(shù)據(jù)就sleep，等到timeout時(shí)間到后即使鏈表沒數(shù)據(jù)也返回。所以，epoll_wait非常高效。而且，通常情況下即使我們要監(jiān)控百萬計(jì)的句柄，大多一次也只返回很少量的準(zhǔn)備就緒句柄而已，所以，epoll_wait僅需要從內(nèi)核態(tài)copy少量的句柄到用戶態(tài)而已。

epoll高效的本質(zhì)在于：

減少了用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的文件句柄拷貝
減少了對(duì)可讀可寫文件句柄的遍歷
mmap 加速了內(nèi)核與用戶空間的信息傳遞，epoll是通過內(nèi)核與用戶mmap同一塊內(nèi)存，避免了無謂的內(nèi)存拷貝
IO性能不會(huì)隨著監(jiān)聽的文件描述的數(shù)量增長(zhǎng)而下降
使用紅黑樹存儲(chǔ)fd，以及對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，其插入，查找，刪除的性能不錯(cuò)，相比于hash，不必預(yù)先分配很多的空間

反思&擴(kuò)展

IO多路復(fù)用涉及知識(shí)較多，如果你想成為你的亮點(diǎn)，就繼續(xù)了解，如果應(yīng)付問題，可以淺嘗輒止。

IO多路復(fù)用模型 Reactor

說說IO多路復(fù)用,網(wǎng)絡(luò)原理與編程,linux

異步IO Proactor

“真正”的異步IO需要操作系統(tǒng)更強(qiáng)的支持。

說說IO多路復(fù)用,網(wǎng)絡(luò)原理與編程,linux

Epoll事件有兩種模型

邊沿觸發(fā)：edge-triggered (ET)，水平觸發(fā)：level-triggered (LT)

水平觸發(fā)(level-triggered)
- socket接收緩沖區(qū)不為空有數(shù)據(jù)可讀讀事件一直觸發(fā)
- socket發(fā)送緩沖區(qū)不滿可以繼續(xù)寫入數(shù)據(jù) 寫事件一直觸發(fā)
邊沿觸發(fā)(edge-triggered)
- socket的接收緩沖區(qū)狀態(tài)變化時(shí)觸發(fā)讀事件，即空的接收緩沖區(qū)剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)觸發(fā)讀事件
- socket的發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)變化時(shí)觸發(fā)寫事件，即滿的緩沖區(qū)剛空出空間時(shí)觸發(fā)讀事件邊沿觸發(fā)僅觸發(fā)一次，水平觸發(fā)會(huì)一直觸發(fā)。

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BIO、NIO、IO多路復(fù)用模型詳細(xì)介紹&Java NIO 網(wǎng)絡(luò)編程
上文介紹了網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)知識(shí)，并基于 Java 編寫了 BIO 的網(wǎng)絡(luò)編程。我們知道 BIO 模型是存在巨大問題的，比如 C10K 問題，其本質(zhì)就是因其阻塞原因，導(dǎo)致如果想要承受更多的請(qǐng)求就必須有足夠多的線程，但是足夠多的線程會(huì)帶來內(nèi)存占用問題、CPU上下文切換帶來的性能問題
2024年02月14日
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網(wǎng)絡(luò)模型與 IO 多路復(fù)用
??socket也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈路的描述符。應(yīng)用程序通常通過“套接字”向?qū)Χ税l(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求。 ??socket是連接運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)程序之間的通信端點(diǎn)。通信的兩端都有socket，它是一個(gè)通道，數(shù)據(jù)在兩個(gè)socket之間進(jìn)行傳輸
2024年02月01日
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Linux多路IO復(fù)用：epoll
? ? ? ? epoll是為克服select、poll每次監(jiān)聽都需要在用戶、內(nèi)核空間反復(fù)拷貝，以及需要用戶程序自己遍歷發(fā)現(xiàn)有變化的文件描述符的缺點(diǎn)的多路IO復(fù)用技術(shù)。 epoll原理創(chuàng)建內(nèi)核空間的紅黑樹；將需要監(jiān)聽的文件描述符上樹；內(nèi)核監(jiān)聽紅黑樹上文件描述符的變化；返回有變化
2024年02月04日
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linux并發(fā)服務(wù)器 —— IO多路復(fù)用（八）
半關(guān)閉只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)單方向的傳輸；當(dāng)TCP 接中A向 B 發(fā)送 FIN 請(qǐng)求關(guān)閉，另一端 B 回應(yīng)ACK 之后 (A 端進(jìn)入 FIN_WAIT_2 狀態(tài))，并沒有立即發(fā)送 FIN 給 A，A 方處于半連接狀態(tài) (半開關(guān))，此時(shí) A 可以接收 B 發(fā)送的數(shù)據(jù)，但是 A 已經(jīng)不能再向 B 發(fā)送數(shù)據(jù) close不會(huì)影響到其他進(jìn)程，shutdown會(huì)
2024年02月09日
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Java NIO原理（Selector、Channel、Buffer、零拷貝、IO多路復(fù)用）
系列文章目錄和關(guān)于我最近有很多想學(xué)的，像netty的使用、原理源碼，但是苦于自己對(duì)于操作系統(tǒng)和nio了解不多，有點(diǎn)無從下手，遂學(xué)習(xí)之。上圖粗略描述了網(wǎng)絡(luò)io的過程，了解其中的拷貝過程有利于我們理解非阻塞io，以及IO多路復(fù)用的必要性。數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡到內(nèi)核緩沖區(qū) 網(wǎng)
2024年02月08日
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Linux TCP/UDP socket 通信和IO多路復(fù)用
主機(jī)字節(jié)序 16 位值 == 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序 16 位值主機(jī)字節(jié)序 32 位值 == 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序 32 位值主機(jī)字節(jié)序的字符串IP地址? == 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的整形IP地址將監(jiān)聽的套接字和本地IP和端口進(jìn)行關(guān)聯(lián) 給監(jiān)聽的套接字設(shè)置監(jiān)聽，開始檢測(cè)客戶端鏈接等待并接受客戶端的連接，阻塞函數(shù)，沒有客
2024年02月05日
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Linux多路IO復(fù)用技術(shù)——epoll詳解與一對(duì)多服務(wù)器實(shí)現(xiàn)
本文詳細(xì)介紹了Linux中epoll模型的優(yōu)化原理和使用方法，以及如何利用epoll模型實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的一對(duì)多服務(wù)器。通過對(duì)epoll模型的優(yōu)化和相關(guān)接口的解釋，幫助讀者理解epoll模型的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)附帶代碼實(shí)現(xiàn)和圖解說明。
2024年02月05日
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02-Linux-IO多路復(fù)用之select、poll和epoll詳解
前言：在linux系統(tǒng)中，實(shí)際上所有的 I/O 設(shè)備都被抽象為了文件這個(gè)概念，一切皆文件，磁盤、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、終端，甚至進(jìn)程間通信工具管道 pipe 等都被當(dāng)做文件對(duì)待。在了解多路復(fù)用 select、poll、epoll 實(shí)現(xiàn)之前，我們先簡(jiǎn)單回憶復(fù)習(xí)以下兩個(gè)概念：一、什么是多路復(fù)用：多路
2024年02月10日
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使用Linux系統(tǒng)IO多路復(fù)用中eopll創(chuàng)建基于TCP通信協(xié)議的多人聊天室
一.1.搭建好TCP的通信模型 2.創(chuàng)建紅黑樹根節(jié)點(diǎn)?3.將套接字事件添加到紅黑樹中，使其被監(jiān)聽 4.當(dāng)套接字事件發(fā)生，表示有客戶端連接，將連接事件加入到紅黑樹節(jié)點(diǎn)當(dāng)中 5.每當(dāng)連接事件發(fā)生時(shí)，表示客戶端發(fā)送信息到服務(wù)器 6.每當(dāng)有事件準(zhǔn)備就緒時(shí)，將對(duì)應(yīng)的紅黑樹節(jié)點(diǎn)信息
2024年02月13日
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【高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)】引入IO多路復(fù)用（select，poll，epoll）實(shí)現(xiàn)高并發(fā)tcp服務(wù)端
目錄一，往期文章二，基本概念 IO多路復(fù)用 select 模型 poll 模型 epoll 模型 select，poll，epoll 三者對(duì)比三，函數(shù)清單 1.select 方法 2.fd_set 結(jié)構(gòu)體 3.poll 方法 4.struct pollfd 結(jié)構(gòu)體 5.epoll_create 方法 6.epoll_ctl 方法 7.epoll_wait 方法 8.struct epoll_event 結(jié)構(gòu)體四，代碼實(shí)現(xiàn) select 操作流程 s
2024年02月12日
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