網(wǎng)絡(luò)IO模型通過內(nèi)核的不斷升級(jí)，現(xiàn)在已經(jīng)有5種模式，這5種模式各有利弊。
五種IO模型
阻塞IO
監(jiān)聽一個(gè)fd,傳遞給內(nèi)核，然后阻塞等待，內(nèi)核發(fā)現(xiàn)此fd有事件產(chǎn)生時(shí)返回fd以及事件
非阻塞IO
監(jiān)聽一個(gè)fd，傳遞給內(nèi)核，然后不管fd是否有事件發(fā)生，直接返回處理其他事件，但會(huì)一直輪詢問內(nèi)核是否fd有事件發(fā)生.這樣用戶空間一直對系統(tǒng)調(diào)用，造成cpu資源浪費(fèi)，減低效率
異步IO
當(dāng)前只有windows的iocp屬于異步io。異步io必須滿足2個(gè)條件：
- 內(nèi)核到用戶空間是無阻塞的。
- 硬件到內(nèi)核是無阻塞的
而其他IO模型內(nèi)核空間拷貝數(shù)據(jù)到用戶態(tài)是阻塞的，只有iocp是系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行完成后才告知用戶。
信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO
監(jiān)聽一個(gè)fd,傳遞給內(nèi)核，非阻塞，后續(xù)內(nèi)核收到此fd事件變化，發(fā)送一個(gè)信號(hào)給用戶。
多路復(fù)用IO
前面的這些IO模型都是監(jiān)聽一個(gè)fd,如果系統(tǒng)有100萬個(gè)連接，那么則需要去實(shí)現(xiàn)100萬個(gè)線程去監(jiān)聽這些IO，這樣對系統(tǒng)來說肯定是并發(fā)很低的。我們?yōu)榱私鉀Q這個(gè)問題，產(chǎn)生了多路復(fù)用IO，也就是說，一次性監(jiān)聽多個(gè)fd,然后內(nèi)核發(fā)現(xiàn)fd這些fd的某些有事件觸發(fā)，則返回。對于這種模型linux有3種實(shí)現(xiàn)方式
- select
// readfds:關(guān)心讀的fd集合；writefds：關(guān)心寫的fd集合；excepttfds：異常的fd集合
int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
傳遞3個(gè)不同事件監(jiān)聽類型fd數(shù)組下去，然后內(nèi)核對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行for循環(huán)。如果對應(yīng)數(shù)組有對應(yīng)事件產(chǎn)生，則返回通知，如果timeout內(nèi)沒有任何事件，會(huì)告訴超時(shí)。時(shí)間復(fù)雜度比較高，是O(n)。
select基本所有平臺(tái)都支持，但是select缺點(diǎn)除了時(shí)間復(fù)雜度以外，還有只支持最大連接數(shù)1024，如果要修改這個(gè)連接數(shù)，需要修改常量后重新編譯內(nèi)核。
- poll
int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events to watch */
short revents; /* returned events witnessed */
};
poll傳遞的參數(shù)是一個(gè)fd以及events在一起的結(jié)構(gòu)體數(shù)組。在內(nèi)核也是對這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行for循環(huán)，遍歷查看是否有對應(yīng)事件產(chǎn)生。但是這個(gè)是沒有最大連接數(shù)的限制的。
從上面看，select 和 poll 都需要在返回后，通過遍歷文件描述符來獲取已經(jīng)就緒的 socket。事實(shí)上，同時(shí)連接的大量客戶端在一時(shí)刻可能只有很少的處于就緒狀態(tài)，因此隨著監(jiān)視的描述符數(shù)量的增長，其效率也會(huì)線性下降。比如我有100萬的連接數(shù)，但當(dāng)前活躍的可能只有1000個(gè)，但是select和poll都需要遍歷100萬次，對效率大打折扣
- epoll
//創(chuàng)建epollFd，底層是在內(nèi)核態(tài)分配一段區(qū)域，底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)紅黑樹+雙向鏈表
int epoll_create(int size)；//創(chuàng)建一個(gè)epoll的句柄，size用來告訴內(nèi)核這個(gè)監(jiān)聽的數(shù)目一共有多大
//往紅黑樹中增加、刪除、更新管理的socket fd
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
//這個(gè)api是用來在第一階段阻塞，等待就緒的fd。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
epoll對fd的監(jiān)聽模式有2種可以選擇，LT以及ET
- LT 水平觸發(fā)
無論fd是否發(fā)生變化，每次都會(huì)告知用戶態(tài)當(dāng)前fd的狀態(tài)如何 - ET 邊緣觸發(fā)
只有fd發(fā)生變化，才會(huì)告知用戶態(tài)，告知之后，下一次不會(huì)再告訴當(dāng)前fd的狀態(tài)信息
Reactor模型介紹
Reactor模型指在使用多路復(fù)用IO時(shí)，對于用戶態(tài)fd的事件管理模型
Reactor單線程模型
業(yè)務(wù)邏輯處理和fd的讀寫IO都在同一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)
Reactor多線程模型
業(yè)務(wù)邏輯處理和fd的讀寫IO不在同一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)
multi-reactor 多線程模型
業(yè)務(wù)處理多線程以及讀寫IO的事件分發(fā)機(jī)制也采用多線程處理
Redis的網(wǎng)絡(luò)IO模型
Redis采用單線程為何支持高并發(fā)
- Redis使用的內(nèi)存IO，不是磁盤IO，大大降低了IO時(shí)間
- Redis單線程，無需去考慮多線程造成的死鎖問題
- Redis單線程，底層網(wǎng)絡(luò)IO模型使用多路復(fù)用epoll方式(如果內(nèi)核不支持epoll,可自動(dòng)切換到select或者poll，看配置信息可進(jìn)行修改)
Redis6實(shí)現(xiàn)了多線程，作用是什么
Redis6實(shí)現(xiàn)的多線程，只是對網(wǎng)絡(luò)IO讀寫處理做多線程處理，但是對命令行的操作仍然是單線程的。這樣即加快了IO處理效率，又保證了原子性。
