【网络编程系列】IO多路复用

【网络编程系列】IO多路复用

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博客目录

• • • 什么是 IO 多路复用?
    • select 模型?
    • poll 模型?
    • epoll 模型?

什么是 IO 多路复用?

IO多路复用:一种同步的 IO 模型。利用 IO 多路复用模型可以实现一个线程监视多个文件句柄,一旦某个文件句柄就绪，就能够通知到对应应用程序进行相应的读写操作；没有文件句柄就绪时就会阻塞应用程序，从而释放出 CPU 资源

IO:在操作系统中，数据在内核态和用户态之间的读写操作
多路:大部分情况下是指多个 TCP 连接（多个 Socket 或者多个 Channel)
复用:一个或多个线程资源
IO多路复用:一个或多个线程处理多个 TCP 连接。无需创建和维护过多的进程/线程

实现 IO 多路复用的模型有三种:

• select
• poll
• epoll

select 模型?

采用轮训加遍历的方式,在客户端操作服务器时,会创建三种文件描述符,简称 FD

分别是写描述符,读描述符,异常描述符.select 会阻塞和监视这三种文件描述符.等到有数据可读,可写,或者出异常,或者超时的时候,都会返回.返回后通过遍历 fdset(文件描述符集合),来找到就绪的 fd,然后去触发相应的 IO 操作.

优点：跨平台支持性好，几乎在所有的平台上支持
缺点：随着 FD 数量增多而导致性能下降。而操作系统对单个进程打开的 FD 数量是有限制的，一般默认是 1024 个

poll 模型?

采用轮训加遍历的方式,poll 模式使用链表的方式来存储 fd,优点是没有最大的 fd 的数量限制.缺点和 select 一样,采用轮训的方式来进行全盘扫描,随着 fd 数量的增加,导致性能下降

epoll 模型?

epoll 模型解决了 select 和 poll 因为吞吐量的增加而性能下降的问题.采用时间通知机制来触发 IO 操作.它没有 fd 个数的限制,而且从用户态拷贝到内核态只需要一次,因为它主要是通过调用系统底层的函数,来实现注册,激活 fd,这样大大提高了执行性能.主要是以下三个系统函数:

• epoll_create():在系统启动时,去申请一个 B+树结构的文件系统,然后再返回 epoll 对象.也就是一个 fd 对象
• epoll_ctl():在每新建一个连接的时候,会同步更新 epoll 对象中的 fd,并且去绑定一个 callback 函数,
• epoll_wait():轮训所有的 callback 集合,并且去触发对应的 IO 操作

优点：将轮询改成了回调，大大提高了 CPU 执行效率，也不会随 FD 数量的增加而导致效率下降
缺点：只能在 Linux 下工作

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