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327a02eb
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6月 30, 2018
作者:
C
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and
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+42
-35
notes/Socket.md
notes/Socket.md
+42
-35
未找到文件。
notes/Socket.md
浏览文件 @
327a02eb
<!-- GFM-TOC -->
*
[
一、I/O 复用
](
#一io-复用
)
*
[
I/O 模型
](
#io-模型
)
*
[
select/poll/epoll
](
#selectpollepoll
)
*
[
一、I/O 模型
](
#一io-模型
)
*
[
阻塞式 I/O
](
#阻塞式-io
)
*
[
非阻塞式 I/O
](
#非阻塞式-io
)
*
[
I/O 复用
](
#io-复用
)
*
[
信号驱动 I/O
](
#信号驱动-io
)
*
[
异步 I/O
](
#异步-io
)
*
[
同步 I/O 与异步 I/O
](
#同步-io-与异步-io
)
*
[
五大 I/O 模型比较
](
#五大-io-模型比较
)
*
[
二、I/O 复用
](
#二io-复用
)
*
[
select
](
#select
)
*
[
poll
](
#poll
)
*
[
epoll
](
#epoll
)
*
[
select 和 poll 比较
](
#select-和-poll-比较
)
*
[
eopll 工作模式
](
#eopll-工作模式
)
*
[
select poll epoll 应用场景
](
#select-poll-epoll-
应用场景
)
*
[
应用场景
](
#
应用场景
)
*
[
参考资料
](
#参考资料
)
<!-- GFM-TOC -->
# 一、I/O 复用
## I/O 模型
# 一、I/O 模型
一个输入操作通常包括两个阶段:
...
...
@@ -28,7 +35,7 @@ Unix 下有五种 I/O 模型:
-
信号驱动式 I/O(SIGIO)
-
异步 I/O(AIO)
##
# 1.
阻塞式 I/O
## 阻塞式 I/O
应用进程被阻塞,直到数据复制到应用进程缓冲区中才返回。
...
...
@@ -42,15 +49,15 @@ ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492928416812_4.png"
/>
</div><br>
##
# 2.
非阻塞式 I/O
## 非阻塞式 I/O
应用进程执行系统调用之后,内核返回一个错误码。应用进程可以继续执行,但是需要不断的执行系统调用来获知 I/O 是否完成,这种方式
成
为轮询(polling)。
应用进程执行系统调用之后,内核返回一个错误码。应用进程可以继续执行,但是需要不断的执行系统调用来获知 I/O 是否完成,这种方式
称
为轮询(polling)。
由于 CPU 要处理更多的系统调用,因此这种模型是比较低效的。
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492929000361_5.png"
/>
</div><br>
##
# 3.
I/O 复用
## I/O 复用
使用 select 或者 poll 等待数据,并且可以等待多个套接字中的任何一个变为可读,这一过程会被阻塞,当某一个套接字可读时返回。之后再使用 recvfrom 把数据从内核复制到进程中。
...
...
@@ -60,7 +67,7 @@ ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492929444818_6.png"
/>
</div><br>
##
# 4.
信号驱动 I/O
## 信号驱动 I/O
应用进程使用 sigaction 系统调用,内核立即返回,应用进程可以继续执行,也就是说等待数据阶段应用进程是非阻塞的。内核在数据到达时向应用进程发送 SIGIO 信号,应用进程收到之后在信号处理程序中调用 recvfrom 将数据从内核复制到应用进程中。
...
...
@@ -68,7 +75,7 @@ ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492929553651_7.png"
/>
</div><br>
##
# 5.
异步 I/O
## 异步 I/O
进行 aio_read 系统调用会立即返回,应用进程继续执行,不会被阻塞,内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号。
...
...
@@ -76,36 +83,36 @@ ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492930243286_8.png"
/>
</div><br>
##
# 6.
同步 I/O 与异步 I/O
## 同步 I/O 与异步 I/O
-
同步 I/O:应用进程在调用 recvfrom 操作时会阻塞。
-
异步 I/O:不会阻塞。
阻塞式 I/O、非阻塞式 I/O、I/O 复用和信号驱动 I/O 都是同步 I/O,虽然非阻塞式 I/O 和信号驱动 I/O 在等待数据阶段不会阻塞,但是在之后的将数据从内核复制到应用进程这个操作会阻塞。
##
# 7.
五大 I/O 模型比较
## 五大 I/O 模型比较
前四种 I/O 模型的主要区别在于第一个阶段,而第二个阶段是一样的:将数据从内核复制到应用进程过程中,应用进程会被阻塞。
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"../pics//1492928105791_3.png"
/>
</div><br>
#
# select/poll/epoll
#
二、I/O 复用
这三个
都是 I/O 多路复用的具体实现,select 出现的最早,之后是 poll,再是 epoll。
select/poll/epoll
都是 I/O 多路复用的具体实现,select 出现的最早,之后是 poll,再是 epoll。
##
# 1.
select
## select
```
c
int
select
(
int
n
,
fd_set
*
readfds
,
fd_set
*
writefds
,
fd_set
*
exceptfds
,
struct
timeval
*
timeout
);
```
fd_set 表示描述符集合类型,有三个参数:readset、writeset 和 exceptset
,分别对应读、写、异常条件的描述符集合。
readset, writeset, exceptset 参数
,分别对应读、写、异常条件的描述符集合。
timeout 参数告知内核等待所指定描述符中的任何一个就绪
可花多少
时间;
timeout 参数告知内核等待所指定描述符中的任何一个就绪
的最长
时间;
成功调用返回结果大于 0;出错返回结果为 -1;超时返回结果为 0。
每次调用 select 都需要将
fd_set
\*
readfds, fd_set
\*
writefds, fd_set
\*
exceptfds 链表内容全部从应用进程缓冲复制到内核缓冲
。
每次调用 select 都需要将
readfds, writefds, exceptfds 链表内容全部从应用进程缓冲区复制到内核缓冲区
。
返回结果中内核并没有声明 fd_set 中哪些描述符已经准备好,所以如果返回值大于 0 时,应用进程需要遍历所有的 fd_set。
...
...
@@ -150,7 +157,7 @@ else
}
```
##
# 2.
poll
## poll
```
c
int
poll
(
struct
pollfd
*
fds
,
unsigned
int
nfds
,
int
timeout
);
...
...
@@ -158,13 +165,13 @@ int poll(struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
```
c
struct
pollfd
{
int
fd
;
//
文件描述符
short
events
;
//
监视的请求事件
short
revents
;
//已发生的事件
int
fd
;
//
文件描述符
short
events
;
//
监视的请求事件
short
revents
;
//
已发生的事件
};
```
它和 select 功能基本相同
。同样需要每次将描述符从应用进程复制到内核,poll
调用返回后同样需要进行轮询才能知道哪些描述符已经准备好。
它和 select 功能基本相同
,同样需要每次都将描述符从应用进程缓冲区复制到内核缓冲区,
调用返回后同样需要进行轮询才能知道哪些描述符已经准备好。
poll 取消了 1024 个描述符数量上限,但是数量太大以后不能保证执行效率,因为复制大量内存到内核十分低效,所需时间与描述符数量成正比。
...
...
@@ -204,7 +211,7 @@ else
}
```
##
# 3.
epoll
## epoll
```
c
int
epoll_create
(
int
size
);
...
...
@@ -212,11 +219,11 @@ 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
);
```
epoll 仅
仅
适用于 Linux OS。
epoll 仅适用于 Linux OS。
它是 select 和 poll 的增强版,更加灵活而且没有描述符数量限制。
它将用户关心的描述符放到内核的一个事件表中,从而只需要在用户
空间和内核空间
拷贝一次。
它将用户关心的描述符放到内核的一个事件表中,从而只需要在用户
进程缓冲区和内核缓冲区
拷贝一次。
select 和 poll 方式中,进程只有在调用一定的方法后,内核才对所有监视的描述符进行扫描。而 epoll 事先通过 epoll_ctl() 来注册描述符,一旦基于某个描述符就绪时,内核会采用类似 callback 的回调机制,迅速激活这个描述符,当进程调用 epoll_wait() 时便得到通知。
...
...
@@ -226,7 +233,7 @@ epoll_ctl() 执行一次系统调用,用于向内核注册新的描述符或
epoll_wait() 取出在内核中通过链表维护的 I/O 准备好的描述符,将他们从内核复制到应用进程中,不需要像 select/poll 对注册的所有描述符遍历一遍。
epoll 对多线程编程更有友好,同时多个线程对同一个描述符调用了 epoll_wait() 也不会产生像 select/poll 的不确定情况。或者一个线程调用了 epoll_wait 另一个线程关闭了同一个描述符也不会产生不确定情况。
epoll 对多线程编程更有友好,同时多个线程对同一个描述符调用了 epoll_wait() 也不会产生像 select/poll 的不确定情况。或者一个线程调用了 epoll_wait
()
另一个线程关闭了同一个描述符也不会产生不确定情况。
```
c
// Create the epoll descriptor. Only one is needed per app, and is used to monitor all sockets.
...
...
@@ -290,7 +297,7 @@ else
poll 和 select 在速度上都很慢。
-
它们都采取轮询的方式来找到 I/O 完成的描述符,如果描述符很多,那么速度就会很慢;
-
select 只使用每个描述符的 3 位,而 poll 通常需要使用 64 位,因此 poll 需要
复制更多的内核空间
。
-
select 只使用每个描述符的 3 位,而 poll 通常需要使用 64 位,因此 poll 需要
在用户进程和内核之间复制更多的数据
。
### 3. 可移植性
...
...
@@ -308,7 +315,7 @@ epoll_event 有两种触发模式:LT(level trigger)和 ET(edge trigger
当 epoll_wait() 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用 epoll_wait() 时,不会再次响应应用程序并通知此事件。很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。只支持 No-Blocking,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
##
select poll epoll
应用场景
## 应用场景
很容易产生一种错觉认为只要用 epoll 就可以了,select poll 都是历史遗留问题,并没有什么应用场景,其实并不是这样的。
...
...
@@ -322,9 +329,9 @@ select 历史更加悠久,它的可移植性更好,几乎被所有主流平
poll 没有最大描述符数量的限制,如果平台支持应该采用 poll 且对实时性要求并不是十分严格,而不是 select。
需要同时监控小于 1000 个描述符。
那么也
没有必要使用 epoll,因为这个应用场景下并不能体现 epoll 的优势。
需要同时监控小于 1000 个描述符。没有必要使用 epoll,因为这个应用场景下并不能体现 epoll 的优势。
需要监控的描述符状态变化多,而且都是非常短暂的。因为 epoll 中的所有描述符都存储在内核中,造成每次需要对描述符的状态改变都需要通过 epoll_ctl() 进行系统调用,频繁系统调用降低效率。epoll 的描述符存储在内核,不容易调试。
需要监控的描述符状态变化多,而且都是非常短暂的。因为 epoll 中的所有描述符都存储在内核中,造成每次需要对描述符的状态改变都需要通过 epoll_ctl() 进行系统调用,频繁系统调用降低效率。
并且
epoll 的描述符存储在内核,不容易调试。
### 3. epoll 应用场景
...
...
@@ -332,7 +339,7 @@ poll 没有最大描述符数量的限制,如果平台支持应该采用 poll
### 4. 性能对比
>
[epoll Scalability Web Page](http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html)
[
epoll Scalability Web Page
](
http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html
)
# 参考资料
...
...
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