3. 传统IO数据拷贝、同步阻塞IO在哪里阻塞、同步阻塞IO怎么解决、IO多路复用、多路复用的特点、常见多路复用方案

阅读顺序
1. CPU查找物理寻址和虚拟寻址、虚拟内存优点、不同位数的操作系统虚拟内存大小关系、Linux虚拟内存用户空间和内核空间
2. 进程切换、上下文及上下文切换、进程阻塞、文件描述符
3. 传统IO数据拷贝、同步阻塞IO在哪里阻塞、同步阻塞IO怎么解决、IO多路复用、多路复用的特点、常见多路复用方案

传统IO数据拷贝

比如一个Redis的读取操作，Redis的进程是在用户空间的，用户空间会通过系统调用去读取FD(文件描述符)，通过系统调用比如通过 read/write去操作文件描述符 读取/写入数据，如果说这块文件的数据已经在用户空间缓存了，那就可以直接读到，如果数据是不存在的，那必须要先从磁盘硬件设备加载数据到内核的缓冲区里面，再从内核缓冲区复制数据到用户的缓冲区，那么在这个过程中，就发生了多次的数据拷贝，和上下文的切换

同步阻塞IO在哪里阻塞

当通过系统调用比如通过 read/write去操作文件描述符 读取/写入数据，但这个文件描述符当前是不可读的，那么系统不会直接给响应，也就是说，阻塞的地方是两个过程：

• ①从磁盘硬件设备加载数据到内核的缓冲区里面这个过程是阻塞的
• ②从内核缓冲区复制数据到用户的缓冲区这个过程也是阻塞的

直到从内核空间复制数据完毕，才会返回结果给到用户空间，然后阻塞的状态才会解除

同步阻塞IO怎么解决呢？

思路1：多线程处理阻塞的过程
在服务端(内核空间)使用线程池去创建多个线程来处理阻塞的两个过程
①从磁盘硬件设备加载数据到内核的缓冲区里面
②从内核缓冲区复制数据到用户的缓冲区

可以使用多线程，但不是一个很好的方案。
如果并发比较大，就会需要创建很多线程，导致线程数很大，可能造成系统不能够承受，而且线程数太多，创建线程和释放线程会比较消耗资源。

思路2：阻塞会造成用户空间傻等，让他不再傻等
用户空间不再傻等，而是轮询问内核空间有没有准备好，直到准备好之后返回数据，轮询的这种方式就叫做非阻塞IO了，因为不需要客户端(用户空间)一直等待。
这种方案，实时性不高，取决于轮询间隔，间隔大了，读取到的时间差就会很大，间隔太小，对于客户端(用户空间)也比较消耗性能。

所以服务端有没有更好的解决方案： 服务端就用一个线程，去处理多个客户端的请求呢？可以，IO多路复用 multiplexing。

IO多路复用 multiplexing

I/O： 指网络I/O
多路： 多个TCP连接（Socket或Channel，可以理解为多个客户端的连接）
复用： 复用服务端的一个或多个线程

设计思想是： 在服务端由内核去帮助应用程序去监视 FD(文件描述符) 是否就绪(数据有没有准备好)，不再由客户端监视连接，由服务端去监视连接。

它是怎么做的呢？
在客户端操作的时候会有一个Socket，这个Socket是由事件类型的，服务端会有一个程序，IO多路复用器(或者叫IO多路复用程序)会将这些Socket的请求放入一个队列中，然后通过文件时间分派器转发到不同的事件处理器(如命令请求处理器、命令回复处理器等)。

多路复用是需要操作系统支持的，不同的操作系统有不同的实现。

多路复用的特点

通过一种机制，一个进程能同时等待多个 FD(文件描述符) ，而这些 FD(文件描述符) 其中的任意一个进入读就绪(readable)状态，select()函数就可以返回，不需要你去做轮询。

常见多路复用方案

• evport是Solaris系统内核提供支持的
• epoll是Linux系统内核提供支持的
• kqueue是Mac系统内核提供支持的
• select是POSIX提供的，一般的操作系统都有支撑（是一个保底方案，性能不如其它方案，基本上不会再使用）。

不同的多路复用的方案有各自的特点，epoll用的是最多的（以Redis的多路复用方案为例，源码ae.c定义epoll优先级最高，kqueue次之，保底是select）。

Redis多路复用
Redis源码：Redis源码怎么查看入门、Redis外部数据结构到Redis内部数据结构查看源码顺序、Redis源码查看顺序
Redis多路复用方案定义在ae.c文件
ae.c源码文件在解压后的src目录下

/* Include the best multiplexing layer supported by this system. 包含该系统支持的最佳多路复用层
 * The following should be ordered by performances, descending. 以下应按顺序依次递减*/
/*epoll优先级最高，kqueue次之，保底是select*/
#ifdef HAVE_EVPORT
#include "ae_evport.c"
#else
    #ifdef HAVE_EPOLL
    #include "ae_epoll.c"
    #else
        #ifdef HAVE_KQUEUE
        #include "ae_kqueue.c"
        #else
        #include "ae_select.c"
        #endif
    #endif
#endif
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