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五種網絡IO模型以及多路復用IO中select/epoll對比

標簽:
Java Node.js Go

下面都是以网络读数据为例

【2阶段网络IO】

第一阶段:等待数据 wait for data

第二阶段:从内核复制数据到用户 copy data from kernel to user

下面是5种网络IO模型

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d3da0001ea4e07560430.jpg

【阻塞blocking IO】

两阶段全程阻塞

recvfrom -> [syscall -> wait -> copy ->] return OK

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d3f6000184cc07740430.jpg

【非阻塞nonblocking IO】

第一阶段是非阻塞的不断检查是否数据准备好,第二阶段阻塞读取数据

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return no data ready

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return no data ready

recvfrom -> [syscall -> wait ->] return ready

recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d4040001cc5007650430.jpg

【多路复用IO multiplexing】

每个IO都是非阻塞IO,第一阶段通过select/poll方法,一次性轮询多个IO句柄,检查是否有IO句柄准备好,第二阶段阻塞读取数据

select/pool -> [syscall -> wait ->] return readable

recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d41600019b7e07560430.jpg

【信号驱动signal driven IO】

第一阶段构造一个信号处理器,第二阶段阻塞读取数据

signal handle -> [syscall -> wait ->] return

[syscall ->] signal handle -> recvfrom -> [syscall -> copy ->] return OK

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d4200001ffc707560430.jpg

【异步asynchronous IO】

两阶段都是非阻塞

aio_read -> [syscall -> wait ->] return

[syscall -> copy ->] aio_read callback

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28ce2300011fc009600720.jpg

5种网络IO对比,只有aio才是全程非阻塞,其它4种都是同步IO。

阻塞IO编程简单,这种方式使用很广泛,但是效率较低。

非阻塞IO效率较高,但是编程较复杂,有开发语言和代码库支持就简单多了。

多路复用非阻塞IO效率比非阻塞IO更高,在大规模的网络IO处理中尤其明显,支持的程序也越来越多。

异步IO效率很高,但是编程很复杂。node.js中使用的就是异步IO。

https://img1.sycdn.imooc.com//5b28d43c00011d7406320177.jpg

【select / epoll 对比】

select不足的地方:

1 每次select都要把全部IO句柄复制到内核

2 内核每次都要遍历全部IO句柄,以判断是否数据准备好

3 select模式最大IO句柄数是1024,太多了性能下降明显


epoll的特点

1 每次新建IO句柄(epoll_create)才复制并注册(epoll_ctl)到内核

2 内核根据IO事件,把准备好的IO句柄放到就绪队列

3 应用只要轮询(epoll_wait)就绪队列,然后去读取数据

只需要轮询就绪队列(数量少),不存在select的轮询,也没有内核的轮询,不需要多次复制所有的IO句柄。因此,可以同时支持的IO句柄数轻松过百万。


网络编程,一定要非常了解网络IO模型,对系统设计和架构选型才能有更好的选择和把握。

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