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参考文献 https://www.cnblogs.com/lojunren/p/3856290.html https://www.51cto.com/article/717096.html linux下的I/O复用epoll详解 要深刻理解epoll#xff0c;首先得了解epoll的三大关键要素#xff1a;mmap、红黑树、链表。
IO多路复用
首先需要了解什么是IO多…epoll
参考文献 https://www.cnblogs.com/lojunren/p/3856290.html https://www.51cto.com/article/717096.html linux下的I/O复用epoll详解 要深刻理解epoll首先得了解epoll的三大关键要素mmap、红黑树、链表。
IO多路复用
首先需要了解什么是IO多路复用 IO多路复用是一种同步的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可以理解为在操作系统中数据在内核态和用户态之间的读、写操作大部分情况下是指网络IO 多路大部分情况下是指多个TCP连接也就是多个Socket 或者多个Channel 复用是指复用一个或多个线程资源。IO多路复用意思就是说一个或多个线程处理多个 TCP 连接。尽可能地减少系统开销无需创建和维护过多的进程/线程。
三种实现IO多路复用的模型
分别是Select、poll 和 epoll。下面详细介绍一下三种多路复用模型的基本原理和优缺点
select模型
它的基本原理是采用轮询和遍历的方式。也就是说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writefds写描述符、readfds读描述符和 exceptfds异常描述符。 而select会阻塞监视这三种文件描述符等有数据、可读、可写、出异常或超时都会返回 返回后通过遍历fdset也就是文件描述符的集合来找到就绪的FD然后触发相应的IO操作。 它的优点是跨平台支持性好几乎在所有的平台上支持。它的缺点也很明显由于select是采用轮询的方式进行全盘扫描因此随着FD数量增多而导致性能下降。 因此每次调用select()方法都需要把FD集合从用户态拷贝到内核态并进行遍历。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。虽然可以通过操作系统的宏定义FD_SETSIZE修改最大FD数量限制但是在IO吞吐量巨大的情况下效率提升仍然有限。
poll模型
poll 模型的原理与select模型基本一致也是采用轮询加遍历唯一的区别就是 poll 采用链表的方式来存储FD。 所以它的优点点是没有最大FD的数量限制。 它的缺点和select一样也是采用轮询方式全盘扫描同样也会随着FD数量增多而导致性能下降。
epoll模型
由于select和poll都会因为吞吐量增加而导致性能下降因此才出现了epoll模型。 epoll模型是采用时间通知机制来触发相关的IO操作。它没有FD个数限制而且从用户态拷贝到内核态只需要一次。它主要通过系统底层的函数来注册、激活FD从而触发相关的 IO 操作这样大大提高了性能。 epoll模型最大的优点是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。当然它也没有FD数量限制也就是说它能支持的FD上限是操作系统的最大文件句柄数。一般而言1G 内存大概支持 10 万个句柄。分布式系统中常用的组件如Redis、Nginx都是优先采用epoll模型。 它的缺点是只能在Linux下工作。
对比 epool模型工作原理
主要是通过调用以下三个系统函数来注册、激活FD从而触发相关的 IO 操作 1epoll_create()函数在系统启动时会在Linux内核里面申请一个B树结构的文件系统然后返回epoll对象也是一个FD。 2epoll_ctl()函数每新建一个连接的时候会同步更新epoll对象中的FD并且绑定一个 callback回调函数。
3epoll_wait()函数轮询所有的callback集合并触发对应的 IO 操作
