解析Linux高性能網絡IO和Reactor模型
在零拷貝機制篇章已介紹過 用戶空間和內核空間和緩沖區，這里就省略了
二、網絡IO的讀寫過程 當在用戶空間發起對socket套接字的讀操作時，會導致上下文切換，用戶進程阻塞（R1）等待網絡數據流到來，從網卡復制到內核；（R2）然后從內核緩沖區向用戶進程緩沖區復制。此時進程切換恢復，處理拿到的數據 這里我們給socket讀操作的第一階段起個別名R1，第二階段稱為R2 當在用戶空間發起對socket的send操作時，導致上下文切換，用戶進程阻塞等待（1）數據從用戶進程緩沖區復制到內核緩沖區。數據copy完成，此時進程切換恢復三、Linux五種網絡IO模型3.1、阻塞式I/O (blocking IO)ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,unsigned int flags, struct sockaddr *from,socket_t *fromlen);
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
1）使用copy_from_user從用戶空間拷貝fd_set到內核空間
2）注冊回調函數__pollwait
3）遍歷所有fd，調用其對應的poll方法（對于socket，這個poll方法是sock_poll，sock_poll根據情況會調用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll）
4）以tcp_poll為例，其核心實現就是__pollwait，也就是上面注冊的回調函數
5）__pollwait的主要工作就是把current（當前進程）掛到設備的等待隊列中，不同的設備有不同的等待隊列，對于tcp_poll來說，其等待隊列是sk->sk_sleep（注意把進程掛到等待隊列中并不代表進程已經睡眠了）。在設備收到一條消息（網絡設備）或填寫完文件數據（磁盤設備）后，會喚醒設備等待隊列上睡眠的進程，這時current便被喚醒了
6）poll方法返回時會返回一個描述讀寫操作是否就緒的mask掩碼，根據這個mask掩碼給fd_set賦值
7）如果遍歷完所有的fd，還沒有返回一個可讀寫的mask掩碼，則會調用schedule_timeout是調用select的進程（也就是current）進入睡眠
8） 當設備驅動發生自身資源可讀寫后，會喚醒其等待隊列上睡眠的進程。如果超過一定的超時時間（timeout指定），還是沒人喚醒，則調用select的進程會重新被喚醒獲得CPU，進而重新遍歷fd，判斷有沒有就緒的fd
9）把fd_set從內核空間拷貝到用戶空間
select的缺點：
每次調用select，都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態，這個開銷在fd很多時會很大 同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大 select支持的文件描述符數量太小了，默認是10244.2、epollint epoll_create(int size); int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout); 調用epoll_create，會在內核cache里建個紅黑樹用于存儲以后epoll_ctl傳來的socket，同時也會再建立一個rdllist雙向鏈表用于存儲準備就緒的事件。當epoll_wait調用時，僅查看這個rdllist雙向鏈表數據即可 epoll_ctl在向epoll對象中添加、修改、刪除事件時，是在rbr紅黑樹中操作的，非常快 添加到epoll中的事件會與設備(如網卡)建立回調關系，設備上相應事件的發生時會調用回調方法，把事件加進rdllist雙向鏈表中；這個回調方法在內核中叫做ep_poll_callback
epoll的兩種觸發模式：
epoll有EPOLLLT和EPOLLET兩種觸發模式，LT是默認的模式，ET是“高速”模式（只支持no-block socket）
LT（水平觸發）模式下，只要這個文件描述符還有數據可讀，每次epoll_wait都會觸發它的讀事件 ET（邊緣觸發）模式下，檢測到有I/O事件時，通過 epoll_wait 調用會得到有事件通知的文件描述符，對于文件描述符，如可讀，則必須將該文件描述符一直讀到空（或者返回EWOULDBLOCK），否則下次的epoll_wait不會觸發該事件4.3、epoll相比select的優點解決select三個缺點：
對于第一個缺點：epoll的解決方案在epoll_ctl函數中。每次注冊新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進內核，而不是在epoll_wait的時候重復拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次(epoll_wait不需要復制) 對于第二個缺點：epoll為每個fd指定一個回調函數，當設備就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調用這個回調函數，而這個回調函數會把就緒的fd加入一個就緒鏈表。epoll_wait的工作實際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd(不需要遍歷) 對于第三個缺點：epoll沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目，這個數字一般遠大于2048，舉個例子，在1GB內存的機器上大約是10萬左右，一般來說這個數目和系統內存關系很大epoll的高性能：
epoll使用了紅黑樹來保存需要監聽的文件描述符事件，epoll_ctl增刪改操作快速 epoll不需要遍歷就能獲取就緒fd，直接返回就緒鏈表即可 linux2.6 之后使用了mmap技術，數據不在需要從內核復制到用戶空間，零拷貝4.4、關于epoll的IO模型是同步異步的疑問概念定義：
同步I/O操作：導致請求進程阻塞，直到I/O操作完成 異步I/O操作：不導致請求進程阻塞，異步只用處理I/O操作完成后的通知，并不主動讀寫數據，由系統內核完成數據的讀寫 阻塞，非阻塞：進程/線程要訪問的數據是否就緒，進程/線程是否需要等待異步IO的概念是要求無阻塞I/O調用。前面有介紹到I/O操作分兩階段：R1等待數據準備好。R2從內核到進程拷貝數據。雖然epoll在2.6內核之后采用mmap機制，使得其在R2階段不需要復制，但是它在R1還是阻塞的。因此歸類到同步IO
五、Reactor模型Reactor的中心思想是將所有要處理的I/O事件注冊到一個中心I/O多路復用器上，同時主線程/進程阻塞在多路復用器上；一旦有I/O事件到來或是準備就緒，多路復用器返回，并將事先注冊的相應I/O事件分發到對應的處理器中
5.1、相關概念介紹 事件：就是狀態；比如：讀就緒事件指的是我們可以從內核讀取數據的狀態 事件分離器：一般會把事件的等待發生交給epoll、select；而事件的到來是隨機，異步的，所以需要循環調用epoll，在框架里對應封裝起來的模塊就是事件分離器（簡單理解為對epoll封裝） 事件處理器：事件發生后需要進程或線程去處理，這個處理者就是事件處理器，一般和事件分離器是不同的線程5.2、Reactor的一般流程1）應用程序在事件分離器注冊讀寫就緒事件和讀寫就緒事件處理器
2）事件分離器等待讀寫就緒事件發生
3）讀寫就緒事件發生，激活事件分離器，分離器調用讀寫就緒事件處理器
4）事件處理器先從內核把數據讀取到用戶空間，然后再處理數據
1）應用程序在事件分離器注冊讀完成事件和讀完成事件處理器，并向系統發出異步讀請求
2）事件分離器等待讀事件的完成
3）在分離器等待過程中，系統利用并行的內核線程執行實際的讀操作，并將數據復制進程緩沖區，最后通知事件分離器讀完成到來
4）事件分離器監聽到讀完成事件，激活讀完成事件的處理器
5）讀完成事件處理器直接處理用戶進程緩沖區中的數據
以上就是解析Linux高性能網絡IO和Reactor模型的詳細內容，更多關于Linux高性能網絡IO和Reactor模型的資料請關注好吧啦網其它相關文章！
相關文章：
網公網安備