IO多路复用

Posted 2023-05-07

参考技术A

阻塞IO只能阻塞一个IO操作，IO复用模型能阻塞多个IO操作，所以才叫多路复用
读数据 ：

直到数据全拷贝至User Space后才返回

不断去Kernel做Polling，询问比如读操作是否完成，没完成则read()操作会返回EWOUDBLOCK，需要过一会再尝试执行一次read()。该模式会消耗大量CPU

之前等待时间主要消耗在等数据到达上。IO Multiplexing则是将等待数据到来和读取实际数据两个事情分开，好处是通过select()等IO Multiplexing的接口一次可以等待在多个Socket上。select()返回后，处于Ready状态的Socket执行读操作时候也会阻塞，只是只阻塞将数据从Kernel拷贝到User的时间

首先注册处理函数到SIGIO信号上，在等待数据到来过程结束后，系统触发SGIO信号，之后可以在信号处理函数中执行读数据操作，再唤醒Main Thread或直接唤醒Main Thread让它完成数据读取。整个过程没有一次阻塞。
问题：TCP下，连接断开/可读/可写等都会产生Signal，并且Signal没有提供好的方法去区分这些Signal到底为什么被触发

AIO是注册一个读任务，直到读任务完全完成后才会通知应用层。AIO是由内核通知IO操作什么时候完成，信号驱动IO是由内核告知何时启动IO操作
也存在挺多问题，比如如何去cancel一个读任务

除了AIO是异步IO，其他全是同步IO

fd_set: 一个long类型的数组，每一位可以表示一个文件描述符

问题 ：

返回条件与select一样。
fds还是关注的描述符列表。poll将events和reevents分开了，所以如果关注的events没有发生变化就可以重用fds，poll只修改rents不会动events。fds是个数组，不是fds_set，没有了上限。
相对于select，poll解决了fds长度上限问题，解决了监听描述符无法复用问题，但仍需在poll返回后遍历fds去找ready的描述符，也要清理ready描述符对应的revents，Kernel也同样是每次poll调用需要去遍历fds注册监听，poll返回时拆除监听，也仍有惊群问题，无法动态修改描述符的问题。

使用步骤：

优点 ：

缺点 ：

changelist用于传递关心的event
nchanges用于传递changelist的大小
eventlist用于当有事件产生后，将产生的事件放在这里
nevents用于传递eventlist大小
timeout 超时时间
kqueue高级的地方在于，它监听的不一定非要是Socket，不一定非要是文件，可以是一系列事件，所以struct kevent内参数叫filter，用于过滤出关心的事件。
kqueue有epoll所有优点，还能通过changelist一次注册多个关心的event，不需要像epoll那样每次调用epoll_ctl去配置

当我们执行epoll_ctl时，除了把socket放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树上之外，还会给内核中断处理程序注册一个回调函数，告诉内核，如果这个句柄的中断到了，就把它放到准备就绪list链表里。所以，当一个socket上有数据到了，内核在把网卡上的数据copy到内核中后就来把socket插入到准备就绪链表里。
如此，一棵红黑树，一张准备就绪句柄链表，少量的内核cache，就帮我们解决了大并发下的socket处理问题。执行epoll_create时，创建了红黑树和就绪链表，执行epoll_ctl时，如果增加socket句柄，则检查在红黑树中是否存在，存在立即返回，不存在则添加到树干上，然后向内核注册回调函数，用于当中断事件来临时向准备就绪链表中插入数据。执行epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。

Epoll有两种触发模式，一种Edge Trigger简称ET，一种Level Trigger简称LT。每个使用epoll_ctl注册在epoll描述符上的被监听的描述符都能单独配置自己的触发模式。
从使用角度的区别：ET模式下当一个文件描述符Ready后，需要以Non-Blocking方式一直操作这个FD直到操作返回EAGAIN错误位置，期间Ready这个事件只会触发epoll_wait一次返回。LT模式，如果FD上的事件一直处在Ready状态没处理完，则每次调用epoll_wait都会立即返回
场景：

Java的NIO提供了Selector类，用于跨平台的实现Socket Polling，即IO多路复用。BSD系统上对应的是Kqueue，Window上对应的是Select，Linux上对应的是LT的Epoll(为了跨平台统一，Windows上背后是Select，是LT的)
Selector的使用：

第五十五节，IO多路复用

IO多路复用，lo就是文件或数据的输入输出，IO多路复用就是可以多用户操作

IO多路复用，可以监听多个文件描述符（socke对象）（文件句柄），一旦文件句柄出现变化，即可感知到，感知到后作出相应操作

 

比如原生socke模块只能监听一个端口和只能一个用户连接，要想实现监听多个端口和支持多用户，就会使用IO多路复用