一. 談信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO (對(duì)比異步IO來(lái)看)

信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO 對(duì)比 異步 IO進(jìn)行理解

信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO: 內(nèi)核將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的時(shí)候, 使用SIGIO信號(hào)通知應(yīng)用程序進(jìn)行IO操作

通知應(yīng)用程序處理IO, 是開(kāi)始處理IO, 這個(gè)時(shí)候還是存在阻塞的，將數(shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)拷貝進(jìn)入到用戶態(tài)的過(guò)程至少是阻塞住的 (應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)拷貝到用戶態(tài)的過(guò)程是阻塞等待的, 和異步IO的區(qū)別) (此處是區(qū)分信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO和異步IO的關(guān)鍵所在)

信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO, 我們提前在信號(hào)集合中設(shè)置好IO信號(hào)等待， 注冊(cè)好對(duì)應(yīng)的IO處理函數(shù) handler，IO數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后，會(huì)遞交SIGIO信號(hào)，通知應(yīng)用程序中斷然后開(kāi)始進(jìn)行對(duì)應(yīng)的IO處理邏輯. 但是通知處理IO的時(shí)候存在將數(shù)據(jù)從 內(nèi)核空間拷貝到用戶空間的過(guò)程，(而異步IO是數(shù)據(jù)拷貝完成之后內(nèi)核再通知應(yīng)用程序直接開(kāi)始處理， 應(yīng)用程序直接處理，不需要拷貝數(shù)據(jù)阻塞等待)

異步IO: 由內(nèi)核在數(shù)據(jù)拷貝完成時(shí), 通知應(yīng)用程序(而信號(hào)驅(qū)動(dòng)是告訴應(yīng)用程序何時(shí)可以開(kāi)始拷貝數(shù)據(jù))

真正的做到了完完全全的非阻塞，發(fā)起aio_read之后應(yīng)用程序立即可以去做其他的事情了. 調(diào)用了aio_read之后會(huì)立即進(jìn)行返回繼續(xù)向下執(zhí)行應(yīng)用程序，由kernel內(nèi)核進(jìn)行等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，只有當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了且拷貝到來(lái)用戶空間，一切完成后，kernel給應(yīng)用程序發(fā)送一個(gè)signal，告知它read完成了, 沒(méi)有任何的阻塞，你直接處理就是

異步IO由于它不會(huì)對(duì)用戶進(jìn)程，應(yīng)用程序產(chǎn)生任何的阻塞，所以他對(duì)于高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)至關(guān)緊要.

小結(jié)：

• 任何IO操作都是存在 等待數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成 和 將 數(shù)據(jù)從內(nèi)核態(tài)拷貝到用戶態(tài)兩個(gè)過(guò)程的
• 兩個(gè)過(guò)程中等待數(shù)據(jù)消耗的時(shí)間一般遠(yuǎn)超于拷貝數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間，所以一般我們進(jìn)行IO的優(yōu)化，都是想辦法盡量降低等待時(shí)間
• 所以信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO 因?yàn)槭峭ㄖ_(kāi)始處理數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序需要將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝進(jìn)入到用戶態(tài) (數(shù)據(jù)拷貝阻塞等待) 和異步IO的區(qū)別
• 異步IO 是完全不存在應(yīng)用程序的阻塞等待，平時(shí)應(yīng)用程序干自己的事情，當(dāng)數(shù)據(jù)完全準(zhǔn)備好了 (數(shù)據(jù) 完成了拷貝 )，直接通知應(yīng)用程序回調(diào)處理數(shù)據(jù)
• 所以我們之前介紹的 blocking io non-blocking io io multiplexing (IO多路復(fù)用) 本質(zhì)上都是屬于 synchronous IO （同步IO） 都是存在有阻塞的，有人說(shuō)不對(duì)吧: 哪 non-blocking IO 呢? 非阻塞IO僅僅只是在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段上來(lái)說(shuō)是非阻塞的，數(shù)據(jù)沒(méi)準(zhǔn)備好立馬返回，可是數(shù)據(jù)拷貝階段還是阻塞住的，所以本質(zhì)還是同步IO. (大大的狡猾，忘記了阻塞除了準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的時(shí)候存在，拷貝數(shù)據(jù)也是阻塞住的)
• 只有異步IO asynchronous 是完全做到了整個(gè)過(guò)程非阻塞的 , 當(dāng)進(jìn)程發(fā)起IO操作之后，就直接返回再也不必理睬，直kernel 發(fā)送一個(gè)信號(hào)，告訴進(jìn)程說(shuō)IO完成(涵蓋數(shù)據(jù)拷貝完成), 在這個(gè)過(guò)程中，是完全避免了阻塞進(jìn)程了的

UDP + SIGIO信號(hào)注冊(cè)模擬實(shí)現(xiàn)一下信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO

流程：

1、注冊(cè)SIGIO的處理函數(shù) (回調(diào)函數(shù))

2、設(shè)置該套接口的屬主，通常使用fcntl的F_SETOWN命令設(shè)置

3、開(kāi)啟該套接口的信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O，通常使用fcntl的F_SETFL命令打開(kāi)O_ASYNC標(biāo)志完成

實(shí)現(xiàn)代碼 (簡(jiǎn)單的信號(hào)驅(qū)動(dòng)服務(wù)端)

客戶端代碼：

二. 生活的角度理解select poll epoll三種IO多路復(fù)用技術(shù)的工作模式

生活實(shí)例理解select 和 poll 工作原理

先抽象一個(gè)具體的場(chǎng)景出來(lái)：

假如說(shuō)有這樣一家餐廳。 一桌餐對(duì)應(yīng)著一個(gè)服務(wù)員 (生活化IO事件)，服務(wù)員只是負(fù)責(zé)服務(wù)，這個(gè)時(shí)候老板需要安排一個(gè) (跑堂伙計(jì) 管理收集服務(wù)員獲取的服務(wù)信息)

select 便是這個(gè)跑堂伙計(jì)了

由于服務(wù)事件的類型可能不盡相同：所以跑堂伙計(jì) 開(kāi)始的時(shí)候帶著三個(gè)本子，分別記錄不同的事件類型

select(ionum, rfds, wfds, efds, timeout);

rfds: 讀事件集合 wfds寫(xiě)事件集合 efds異常事件集合

ionum = maxfd + 1; fds {0, 1, 2, 3, 4 .....} fdsnum = maxfd + 1；

以上是一個(gè)生活中的一個(gè)小小栗子便于理解 select 工作模式，實(shí)際實(shí)現(xiàn)存在部分偏差

對(duì)應(yīng)真實(shí)情景： select 之后是內(nèi)核檢測(cè)IO事件的發(fā)生，內(nèi)核輪詢所有的fd，內(nèi)核重新設(shè)置底層的 fd_set ：傳入內(nèi)核的時(shí)候 （內(nèi)核如果知曉fd是否需要監(jiān)視???） FD_SET： 然后內(nèi)核會(huì)對(duì)于傳入進(jìn)去的fd_set 進(jìn)行重新覆蓋，沒(méi)有IO事件發(fā)生的就像FD_CLR一樣 將對(duì)應(yīng)集合位圖 位置上標(biāo)記為0 有IO事件發(fā)生的就將對(duì)應(yīng)位圖位置標(biāo)記為1 這樣回到用戶態(tài)之后從新進(jìn)行輪詢所有的 fd 就可以根據(jù)內(nèi)核從新標(biāo)記的發(fā)生IO事件的 位 來(lái)處理IO (select 內(nèi)核 用戶態(tài)兩次輪詢) 定時(shí)輪詢，效率低下

poll的本質(zhì)還是輪詢。只不過(guò)破除了位圖的限制，采取結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ)IO事件，將三個(gè)本子合成一個(gè)本子了，而且破除了位圖限制之后可以使用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)連接所有事件的結(jié)構(gòu)體，沒(méi)有了最大監(jiān)視IO事件的限制了 （位圖的fd_set的話大小是由內(nèi)核開(kāi)始確定的，如果修改大小比較麻煩，所以是存在fdnum上的限制的）

poll 雖然理論上是沒(méi)有了fdnum的限制了，但是隨著fd的數(shù)量上升到一定程度，性能會(huì)急劇下降

生活理解epoll工作原理

還是先抽象場(chǎng)景出來(lái)：

存在這樣一個(gè)小區(qū)的管理，小區(qū)里面很多的用戶都存在寄快遞的需求，每一次需要寄出快遞的時(shí)候大家都統(tǒng)一的放入門(mén)衛(wèi)室里面

快遞員每一次來(lái)收取快遞的時(shí)候不再需要挨家挨戶的詢問(wèn)，收取，而是直接去門(mén)衛(wèi)室將所有的快遞放進(jìn)自己的車(chē)子中帶走處理即可 (門(mén)衛(wèi)室相當(dāng)于是readylist，不再需要輪詢所有的IO事件是否發(fā)生，提高了效率)

epoll_wait就是這個(gè)快遞員：

epoll_wait(管理的小區(qū), 快遞員存儲(chǔ)快遞包裹的容器, 容器可以容納的快遞數(shù)目，定時(shí));

epoll_wait(epfd, events, eventscap, timeout);

epoll_create(size); //早期size標(biāo)識(shí)最大居民數(shù)目，現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有限制了，只有0和1的區(qū)別了, 因?yàn)榭梢赃M(jìn)行鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)，也就沒(méi)有容量限制這一說(shuō)了

epoll_ctl(管理的小區(qū), 小區(qū)居民搬入搬出修改的不同行為，新搬入居民的信息(標(biāo)識(shí)), 描述需要寄出快遞的類型信息 );

epoll_ctl(epfd, op, fd, event); //epfd， epoll句柄，底層是紅黑樹(shù) op：作何操作， fd : IO事件句柄， event：IO事件類型 (功能，向IO事件監(jiān)視的紅黑樹(shù)上掛載新的監(jiān)視IO事件，或者是刪除監(jiān)視，或者是修改監(jiān)視事件類型)

epoll對(duì)比poll select優(yōu)勢(shì)出現(xiàn)小結(jié)：

將監(jiān)視IO事件進(jìn)行提前注冊(cè)，掛載在內(nèi)核的監(jiān)視IO事件紅黑樹(shù)上，每一次調(diào)用epoll_wait 獲取IO觸發(fā)事件的時(shí)候不再需要傳入待檢測(cè)IO的事件，接口分離，功能分離，而且內(nèi)核中采取了使用就緒隊(duì)列存儲(chǔ)紅黑樹(shù)上發(fā)生的IO事件結(jié)點(diǎn)的方式，這樣每一次僅僅需要將就緒隊(duì)列從內(nèi)核中拷貝至用戶空間拿取事件即可。。。

readylist放置觸發(fā)IO事件, 使其不需要輪詢獲知IO觸發(fā)的事件了， 提前注冊(cè)掛載監(jiān)視IO事件結(jié)點(diǎn)到紅黑樹(shù)上，也使得不需要每一次都從新拷貝監(jiān)視事件進(jìn)入內(nèi)核空間，降低了拷貝消耗， 正是由于epoll的這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)好處使其成為穩(wěn)定高效的多路復(fù)用技術(shù)，在高并發(fā)服務(wù)器的設(shè)計(jì)中隨處可見(jiàn)epoll的身影

三. 細(xì)談一下epoll的ET和LT

ET : edge tigger邊沿觸發(fā) LT : level tigger水平觸發(fā)

簡(jiǎn)單理解一下兩種觸發(fā)模式:

LT : 指的是 內(nèi)核recv_buffer緩沖區(qū)中存在數(shù)據(jù)就一直會(huì)進(jìn)行觸發(fā)，處理數(shù)據(jù), 讀事件一直觸發(fā). 或者是 內(nèi)核send_buffer緩沖區(qū)沒(méi)有滿，就一直觸發(fā)寫(xiě)事件. 直到寫(xiě)滿send_buffer

ET : 指的是緩沖區(qū)狀態(tài)發(fā)生變化之后引發(fā)觸發(fā)，而且核心關(guān)鍵，僅僅只會(huì)觸發(fā)一次 (邊沿觸發(fā))

接收緩沖區(qū)recv_buffer 發(fā)生變化，數(shù)據(jù)從無(wú)到有，會(huì)觸發(fā)一次讀事件，核心，不論一次是否可以將數(shù)據(jù)完全處理，都只會(huì)觸發(fā)一次

或者發(fā)送緩沖區(qū)send_buffer狀態(tài)發(fā)生變化，也會(huì)觸發(fā)寫(xiě)事件 (核心關(guān)鍵還在于觸發(fā)一次)

上述的觸發(fā)都指的是對(duì)于 epoll_wait 的觸發(fā).

總結(jié)：針對(duì)便于理解的讀事件的觸發(fā), recv_buffer來(lái)理解, 如果說(shuō)recv_buffer中有數(shù)據(jù)，如果是LT 就會(huì)不斷地不停地觸發(fā)， 如果是ET, 不管數(shù)據(jù)能不能處理完，都僅僅只會(huì)觸發(fā)一次

光說(shuō)不練是假把式，我們還是來(lái)一個(gè)實(shí)際地案例來(lái)解釋一下:

如上是使用ET地時(shí)候點(diǎn)一下地結(jié)果，沒(méi)有設(shè)置非阻塞哈，結(jié)果是啥，我發(fā)送了這么一段話，它僅僅只是觸發(fā)了一次，打印了一個(gè)Hello, why ? 我故意將緩沖區(qū)設(shè)置如此小，緩沖區(qū)狀態(tài)改變，但是最多緩沖區(qū)僅僅存儲(chǔ)5個(gè)數(shù)據(jù)，全發(fā)送了，后面再次循環(huán)過(guò)來(lái)，不觸發(fā)了我去

如果需要一直觸發(fā)直到recv_buffer內(nèi)核緩沖區(qū)中沒(méi)有數(shù)據(jù)，咋辦。使用LT水平觸發(fā)，如何設(shè)置，easy默認(rèn)就是呀

我僅僅只是做了如此一個(gè)小小改動(dòng)，默認(rèn)LT觸發(fā)，讓我們康康效果

點(diǎn)了一次發(fā)送，他就一直觸發(fā)，直到recv_buffer中沒(méi)了數(shù)據(jù)

四. 總結(jié)本文

• 本文主要還是進(jìn)行了IO地理解實(shí)戰(zhàn)， 信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO 異步IO究竟區(qū)別在哪里?
• 異步IO 是完全不存在任何地應(yīng)用程序掛起等待地， 其他哪些IO多多少少要么數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段要么數(shù)據(jù)拷貝階段存在掛起等待阻塞
• 然后就是IO多路復(fù)用地生活化理解精進(jìn)
• 最終介紹分析了epoll地ET 和 LT問(wèn)題，這個(gè)超級(jí)重要好吧。大塊數(shù)據(jù)使用 LT一次讀，小塊數(shù)據(jù)使用ET + 循環(huán)讀(設(shè)置非阻塞) 出自大佬地結(jié)論
• LT: 水平觸發(fā)，recv_buffer內(nèi)核緩沖區(qū)中存在數(shù)據(jù)，則讀事件一直不停地觸發(fā)
• ET : 邊沿觸發(fā)，recv_buffer中數(shù)據(jù)從無(wú)到有，狀態(tài)發(fā)生改變地時(shí)候進(jìn)行觸發(fā)，且關(guān)鍵是僅僅只會(huì)觸發(fā)一次，不論你數(shù)據(jù)是不是一次可以讀完，都只是觸發(fā)一次