IO多路复用

Posted 2023-02-06 三名狂客

1、什么是IO多路复用?

IO多路复用是一种同步IO模型，实现一个线程可以监视多个文件句柄；一旦某个文件句柄就绪，就能够通知应用程序进行相应的读写操作；没有文件句柄就绪时会阻塞应用程序，交出cpu。多路是指网络连接，复用指的是同一个线程

2、为什么出现IO多路复用机制?

没有IO多路复用机制时，有BIO、NIO两种实现方式，但有一些问题

同步阻塞（BIO）

• 服务端采用单线程，当accept一个请求后，在recv或send调用阻塞时，将无法accept其他请求（必须等上一个请求处recv或send完），无法处理并发

同步非阻塞（NIO）

• 服务器端当accept一个请求后，加入fds集合，每次轮询一遍fds集合recv(非阻塞)数据，没有数据则立即返回错误，每次轮询所有fd（包括没有发生读写事件的fd）会很浪费cpu

IO多路复用（现在的做法）

• 服务器端采用单线程通过select/epoll等系统调用获取fd列表，遍历有事件的fd进行accept/recv/send，使其能支持更多的并发连接请求

3、IO多路复用的三种实现方式

• select
• poll
• epoll

4、select函数接口

5、select使用示例

6、select缺点

• 单个进程所打开的FD是有限制的，通过FD_SETSIZE设置，默认1024
• 每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
• 对socket扫描时是线性扫描，采用轮询的方法，效率较低（高并发时

7、poll函数接口

8、poll使用示例

9、poll缺点

• 每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
• 对socket扫描时是线性扫描，采用轮询的方法，效率较低（高并发时）

10、epoll函数接口

11、epoll使用示例

12、epoll缺点

epoll只能工作在linux下

13、epoll LT 与 ET模式的区别

• epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式，LT是默认的模式，ET是“高速”模式。
• LT模式下，只要这个fd还有数据可读，每次 epoll_wait都会返回它的事件，提醒用户程序去操作
• ET模式下，它只会提示一次，直到下次再有数据流入之前都不会再提示了，无论fd中是否还有数据可读。所以在ET模式下，read一个fd的时候一定要把它的buffer读完，或者遇到EAGAIN错误

14、epoll应用

• redis
• nginx

15、select/poll/epoll之间的区别

	select	poll	epoll
数据结构	bitmap	数组	红黑树
最大连接数	1024	无上限	无上限
fd拷贝	每次调用select拷贝	每次调用poll拷贝	fd首次调用epoll_ctl拷贝，每次调用epoll_wait不拷贝
工作效率	轮询：O(n)	轮询：O(n)	回调：O(1)

16、IO多路复用完整代码实现

https://github.com/caijinlin/learning-pratice/tree/master/linux/io

17、高频面试题

• 什么是IO多路复用?
• nginx/redis 所使用的IO模型是什么？
• select、poll、epoll之间的区别
• epoll 水平触发（LT）与 边缘触发（ET）的区别？

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