這篇文章主要講解了“怎么理解UNIX的網(wǎng)絡I/O模型”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“怎么理解UNIX的網(wǎng)絡I/O模型”吧！

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UNIX的網(wǎng)絡I/O模型：

    概念：
        1)linux內(nèi)核對一個文件的讀寫操作會調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)命令，返回一個文件描述符(file discriptor，簡稱fd)。
            描述符就是一個數(shù)字，它指向內(nèi)核中的一個結構體，這個結構體包含了文件路徑等信息。 eg：對socket的讀寫會返回一個描述符 socketfd
        2)一次?絡I/O的讀操作會包含下面這兩個階段：1)等待數(shù)據(jù)準備就緒 2)數(shù)據(jù)從內(nèi)核復制到用戶空間(即用戶進程)。

    1）阻塞I/O模型：blocking I/O
        概念：用戶進程從阻塞的socket中讀取數(shù)據(jù)時，只有當數(shù)據(jù)包到達該socket的接收緩存區(qū)且數(shù)據(jù)被復制到進程空間的緩存區(qū)中 或 發(fā)生錯誤時 才返回，在此期間進程會一直阻塞等待。

        說明：默認情況下，所有的文件操作都是阻塞的。
        缺點：客戶端的并發(fā)訪問量比較高時，服務端需要創(chuàng)建大量的線程來響應請求，當線程的數(shù)量膨脹后，系統(tǒng)的性能會急劇下降甚至宕機。

        偽異步I/O模型：
            概念：為了解決阻塞I/O模型中需要為每一個請求都創(chuàng)建一個線程的問題，服務端可以使用線程池來實現(xiàn)一個偽異步I/O模型。
            偽異步I/O模型可能導致的級聯(lián)故障：某臺服務器故障導致響應緩慢 -> 線程讀取故障服務節(jié)點的響應 -> 所有線程被故障節(jié)點阻塞，后續(xù)IO消息都在隊列中 -> 隊列積滿 -> 新的客戶端請求被拒絕，服務器無響應

    2）非阻塞I/O模型：nonblocking I/O
        概念：用戶進程從非阻塞的socket中讀取數(shù)據(jù)時，若該套接字的接收緩存區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，則內(nèi)核會直接返回一個錯誤。

        說明：一般當socket設為非阻塞狀態(tài)時，用戶進程會輪詢內(nèi)核(eg:循環(huán)調(diào)用recvfrom函數(shù))，直到內(nèi)核有數(shù)據(jù)返回為止，因此會導致大量cpu資源被占用。

    3）I/O復用模型：I/O multiplexing
        概念：將多個待監(jiān)聽的fd注冊到多路復用器(selector)中，注冊的時候需要指定該fd上待監(jiān)聽的事件，selector會一直監(jiān)聽注冊的fd，當fd上有事件發(fā)生時，selector會做出相應的處理。

        說明：
            與阻塞I/O模型相比，I/O復用模型是阻塞在select調(diào)用(或poll調(diào)用、或epoll調(diào)用)上，而不是阻塞在真正的I/O操作上。注意：阻塞是針對發(fā)起方而言的。
            獲取fd的狀態(tài)：內(nèi)核把fd的信息通知給用戶空間。
            水平觸發(fā)：若就緒的fd未被用戶進程處理，則該fd在下一次查詢時依舊會返回。
            邊緣觸發(fā)：無論就緒的fd是否被用戶進程處理，該fd在下一次查詢時將不再返回。

        優(yōu)點：
            客戶端發(fā)起的連接操作是異步的，故單線程可以同時處理多個客戶端的IO請求。系統(tǒng)不需要為每個客戶端請求都創(chuàng)建一個線程，這樣大大降低了系統(tǒng)的開銷，
        缺點：

        select調(diào)用：
            概念：多路復用器(selector)由select函數(shù)實現(xiàn)。

            監(jiān)聽機制：
                輪詢注冊的fd，并根據(jù)fd的狀態(tài)做相應的處理：
                    讀就緒狀態(tài)             ->    讀數(shù)據(jù) 并 刪除該讀就緒事件
                    寫就緒狀態(tài)             ->    寫數(shù)據(jù) 并 刪除該寫就緒事件
                    接收(accept)就緒狀態(tài)     ->    注冊新的讀就緒事件 并 刪除該接收就緒事件
                    ...
                獲取fd的狀態(tài)：內(nèi)核把所有監(jiān)聽的fd的信息整體復制到用戶空間。

            觸發(fā)方式：水平觸發(fā)。

            優(yōu)點：與非阻塞式I/O模式相比，select調(diào)用不需要客戶端不斷地發(fā)出請求。
            缺點：
                單個進程可以打開的fd數(shù)量有限，默認1024個，如果要修改這個默認值，需要重新編譯內(nèi)核。
                每次select調(diào)用都會線性地掃描所有監(jiān)聽的fd(即:無論fd是否就緒，select都會去檢查它的狀態(tài))，當監(jiān)聽的fd數(shù)量比較多時，I/O效率呈線性下降。

        poll調(diào)用：
            概念：多路復用器(selector)由poll函數(shù)實現(xiàn)。

            監(jiān)聽機制：同select調(diào)用。

            觸發(fā)方式：水平觸發(fā)。

            優(yōu)點：
                單個進程可以打開的fd數(shù)量不受限制。
            缺點：
                線性地掃描所有監(jiān)聽的fd，當監(jiān)聽的fd數(shù)量比較多時，I/O效率呈線性下降。

        epoll調(diào)用：
            概念：selector由一系列epoll_函數(shù)實現(xiàn)。

            監(jiān)聽機制：
                當fd就緒時，fd會立即回調(diào)rollback函數(shù)。而那些沒有就緒的fd則不會回調(diào)rollback函數(shù)。
                獲取fd的狀態(tài)：使用內(nèi)存映射，不需要把fd的信息從內(nèi)核復制到用戶空間。

            觸發(fā)方式：默認是水平觸發(fā)，支持邊緣觸發(fā)。

            優(yōu)點：
                單個進程可以打開的fd數(shù)量不受限制。(僅受限于操作系統(tǒng)的最大文件句柄數(shù)，1g內(nèi)存的最大文件句柄數(shù)為10w左右)
                由于epoll采用的是回調(diào)函數(shù)的方式，而不是線性掃描的方式，故I/O效率不會隨著fd數(shù)量的增加而線性下降。
                使用內(nèi)存映射，避免了內(nèi)存復制的開銷，加速了內(nèi)核與用戶空間的消息傳遞。
            缺點：
                在連接數(shù)少并且連接都十分活躍的情況下，epoll的性能可能比select和poll的性能差，畢竟epoll的通知機制需要很多函數(shù)回調(diào)。

    4）信號驅(qū)動式I/O模型：SIGIO
        開啟套接字信號驅(qū)動IO功能，并通過sigaction系統(tǒng)調(diào)用，執(zhí)行一個信號處理函數(shù)，當數(shù)據(jù)報準備好時，內(nèi)核就為該進程產(chǎn)生一個SIGIO信號，用戶進程收到這個信號后，就可以開始進行I/O操作了。
        該系統(tǒng)調(diào)用會立即返回，在等待數(shù)據(jù)報到達期間，用戶進程不會被阻塞。
        
        說明：信號驅(qū)動式I/O模型使用的場景比較少。

    5）異步I/O模型：POSIX定義的異步IO函數(shù)
        
        調(diào)用異步IO函數(shù)，讓內(nèi)核在整個I/O操作(包括將數(shù)據(jù)從內(nèi)核復制到用戶自己的緩沖區(qū))完成后通知用戶進程。
        該系統(tǒng)調(diào)用會立即返回，在等待I/O操作期間，用戶進程不被阻塞。

        說明：同步/異步是針對執(zhí)行方而言的。      

感謝各位的閱讀，以上就是“怎么理解UNIX的網(wǎng)絡I/O模型”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學習后，相信大家對怎么理解UNIX的網(wǎng)絡I/O模型這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！

當前標題：怎么理解UNIX的網(wǎng)絡I/O模型
標題網(wǎng)址：http://m.rwnh.cn/article38/ipjspp.html

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