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Linux的IO模型

Blocking I/O

简单易用,本地I/O性能很高。处理网络I/O会造成进程阻塞空等,浪费资源。

Non-Blocking I/O

kernel在数据未就绪时直接返回,增加system call的次数,消耗CPU资源。

I/O Multiplexing

当多个独立的I/O事件同时发生时,I/O多路复用是一种解决方式。
为了提高服务器的吞吐量,单个线程通过记录跟踪每个I/O流的状态同时管理多个I/O流,非常类似时分复用技术。
在这里插入图片描述
I/O多路复用的具体实现方式有3种:select()poll()epoll()

select

select()系统调用:int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
select()会一直阻塞直到至少一个文件描述符就绪,可以读写,或者出现异常。
中间3个参数会被修改,表示哪个FD准备好了,最后一个表示等待时间,NULL表示无限等待。
返回就绪的FD数目,有错-1。只知道有就绪,不知道哪个FD就绪了。

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int s = socket();
bind();
listen();

int fd[]; // 需要监听的socket集合
while (1) {
int n = select();
for (int i = 0; i < fd.size(); ++i) {
if (FD_ISSET()) { // 判断哪个socket接收到数据
// 处理数据
}
}
}
select()是阻塞方法,只有某个socket接收到数据才会继续执行,唤醒进程。
直接的方式缺点就比较多:

  • 时间开销大,所以规定最多监听1024个socket;
  • 每次调用都要把fd集合从用户态拷贝到内核态。
  • 线程不安全:

If a file descriptor being monitored by select() is closed in another thread, the result is unspecified.

poll

去掉了1024的限制,线程不安全。

epoll

线程安全,知道哪个FD就绪,只有Linux支持。
相比于select()epoll()不会无差别轮询,只处理接收到数据的socket,这样复杂度就降低为\(O(k)\)

水平触发: 边缘触发:读只要状态变化就会通知,写只要从满到非满就通知

Signal-Driven I/O

Asynchronous I/O

Reference

I/O多路复用是什么意思

这次答应我,一举拿下 I/O 多路复用

IO多路复用到底是不是异步的

带你彻底理解Linux五种I/O模型