IO多路复用

背景

传统的阻塞式IO的特点是：若IO未完成，则应用程序一直被内核挂起，这样的话，只用一个线程处理很多个IO则不太可能，因为当你在等待一个要花很长时间的IO时，其他IO则完全无法处理。如果要处理多个IO，则必须要有多个进程和线程。

IO多路复用

I/O多路复用，I/O就是指的我们网络I/O,多路指多个TCP连接(或多个Channel)，复用指复用一个或少量线程。

当调用select的时候告知内核对哪些事件(读就绪，写等)感兴趣以及等待多长时间。

1. 当用户进程调用了select，那么整个进程会被block；
2. 而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket
3. 当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回；
4. 这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

为了方便我们理解select调用，可以参照下面这张图，是jdk的基于I/O多路复用技术的NIO实现。重点在于理解Selector复用器。

阻塞式IO与IO复用

阻塞式I/O和I/O复用，两个阶段都阻塞，那区别在哪里呢？都是阻塞，但是阻塞式I/O如果要接收更多的连接，就必须创建更多的线程。I/O复用模式下大量的连接统统都可以过来直接注册到Selector复用器上面，同时只要单个或者少量的线程来循环处理这些连接事件就可以了，一旦达到“就绪”的条件，就可以立即执行真正的I/O操作。这就是I/O复用与传统的阻塞式I/O最大的不同。也正是I/O复用的精髓所在。

select, poll, epoll

select

select()是一种系统调用，用于IO多路复用技术中选择准备好的socket。但是select有个缺点：

1. select是通过监控文件描述符（file descriptor, fd）来实现，如果有一个或以上的文件描述符处于“就绪”（ready）状态，就返回其中一个即可。这些fd在系统内核中是通过何种数据结构存储的呢？是通过bitmap存放的（数据结构为fd_set），它默认大小是1024（对于64bit有2048个）。因此，对于大于1024的fd，基本效果就不可控了，这客观限制了并发量的上限。
2. 轮询的时间复杂度是O(n)
3. 涉及较多用户态和内核态拷贝

poll

poll对select有了些许改进，如修正了fd数量的上限等等，但其他改进的幅度不大，此处不详谈。

epoll

epoll的优势主要有：

1. 修正了fd数量的限制
2. 放弃使用bitmap数据结构，底层改用了链表、红黑树.
3. 采用事件驱动
4. 无需重复拷贝fd

这篇文章写epoll写的太好了：Epoll原理解析。它主要讲了一下几点：

1. 网络IO的硬件基础
2. 进程阻塞为什么不占用CPU资源
3. socket中维护了进程等待队列，用于在就绪后唤起相应的进程
4. select的缺点
5. epoll的详细思路。解释了epoll比select强大的两个重要原因是：
   a) 将“维护等待队列”和“阻塞进程”两个步骤分离
   b) 就绪列表：让程序知道哪些socket收到了数据

引用

赏

谢谢你请我吃糖果