• Linux IO多路复用模型



    什么是流

    流指的是可以进行I/O操作的内核对象,例如: 文件,管道和套接字等,流的入口就是文件描述符fd。


    什么是IO操作

    所有对流的读写操作,我们都可以称之为IO操作。

    当一个流中, 在没有数据read的时候,或者说在流中已经写满了数据,再write,我们的IO操作就会出现一种现象,就是阻塞现象,如下图。

    在这里插入图片描述
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    阻塞与非阻塞模型

    阻塞

    在这里插入图片描述

    • 阻塞场景: 你有一份快递,家里有个座机,快递到了主动给你打电话,期间你可以休息。

    在这里插入图片描述

    • 非阻塞,忙轮询场景: 你性子比较急躁, 每分钟就要打电话询问快递小哥一次, 到底有没有到,快递员接你电话要停止运输,这样很耽误快递小哥的运输速度。

    ● 阻塞等待

    空出大脑可以安心睡觉, 不影响快递员工作(不占用CPU宝贵的时间片)。

    ● 非阻塞,忙轮询

    浪费时间,浪费电话费,占用快递员时间(占用CPU,系统资源)。

    很明显,阻塞等待这种方式,对于通信上是有明显优势的, 那么它有哪些弊端呢?


    解决阻塞死等待的办法

    • 阻塞死等待的缺点

    在这里插入图片描述
    也就是同一时刻,你只能被动的处理一个快递员的签收业务,其他快递员打电话打不进来,只能干瞪眼等待。那么解决这个问题,家里多买N个座机, 但是依然是你一个人接,也处理不过来,需要用影分身术创建多个自己来接电话(采用多线程或者多进程)来处理。

    这种方式就是没有多路IO复用的情况的解决方案, 但是在单线程计算机时代(无法影分身),这简直是灾难。

    那么如果我们不借助影分身的方式(多线程/多进程),该如何解决阻塞死等待的方法呢?


    办法一:非阻塞、忙轮询

    在这里插入图片描述

    while true {
    	for i in 流[] {
    		if i has 数据 {
    			读 或者 其他处理
    		}
    	}
    }
    
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    非阻塞忙轮询的方式,可以让用户分别与每个快递员取得联系,宏观上来看,是同时可以与多个快递员沟通(并发效果)、 但是快递员在于用户沟通时耽误前进的速度(浪费CPU)。


    办法二:select

    在这里插入图片描述
    我们可以开设一个代收网点,让快递员全部送到代收点。这个网店管理员叫select。这样我们就可以在家休息了,麻烦的事交给select就好了。当有快递的时候,select负责给我们打电话,期间在家休息睡觉就好了。

    但select 代收员比较懒,她记不住快递员的单号,还有快递货物的数量。她只会告诉你快递到了,但是是谁到的,你需要挨个快递员问一遍。

    while true {
    	select([]); //阻塞
    
      //有消息抵达
    	for i in 流[] {
    		if i has 数据 {
    			读 或者 其他处理
    		}
    	}
    }
    
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    办法三:epoll

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    epoll的服务态度要比select好很多,在通知我们的时候,不仅告诉我们有几个快递到了,还分别告诉我们是谁谁谁。我们只需要按照epoll给的答复,来询问快递员取快递即可。

    while true {
    	可处理的流[] = epoll_wait(epoll_fd); //阻塞
    
      //有消息抵达,全部放在 “可处理的流[]”中
    	for i in 可处理的流[] {
    		读 或者 其他处理
    	}
    }
    
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    Select和Poll模式

    Select和Poll模式在reids网络模型篇中已经做出了详细的介绍,这里就不展开讲述了:

    Redis原理篇之网络模型


    Epoll模式

    详细也是参考下面这篇文章,本文再对Epoll做出一些小补充说明:

    Redis原理篇之网络模型

    ● 与select,poll一样,对I/O多路复用的技术

    ● 只关心“活跃”的链接,无需遍历全部描述符集合

    ● 能够处理大量的链接请求(系统可以打开的文件数目)

    Epoll所支持的文件描述符上限是整个系统最大可以打开的文件数目,例如: 在1GB内存的机器上,这个歌限制大概在10万左右。

    每个fd上面有个callback函数,只有活跃的socket才会主动去调用callback函数,其他idle状态的socket则不会。

    并且Epoll采用内核和用户态共享内存模式,避免了内存的拷贝。


    epoll的API

    1. 创建EPOLL
    /** 
     * @param size 告诉内核监听的数目 
     * 
     * @returns 返回一个epoll句柄(即一个文件描述符) 
     */
    int epoll_create(int size);
    
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    使用

    int epfd = epoll_create(1000);
    
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    在这里插入图片描述
    创建一个epoll句柄,实际上是在内核空间,建立一个root根节点,这个根节点的关系与epfd相对应。

    注意: 当创建好epoll句柄后,它就会占用一个fd值,在使用完epoll后,必须调用close函数进行关闭,否则可能会导致fd被耗尽。


    2. 控制EPOLL
    /**
    * @param epfd 用epoll_create所创建的epoll句柄
    * @param op 表示对epoll监控描述符控制的动作
    *
    * EPOLL_CTL_ADD(注册新的fd到epfd)
    * EPOLL_CTL_MOD(修改已经注册的fd的监听事件)
    * EPOLL_CTL_DEL(epfd删除一个fd)
    *
    * @param fd 需要监听的文件描述符
    * @param event 告诉内核需要监听的事件
    *
    * @returns 成功返回0,失败返回-1, errno查看错误信息
    */
    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd,
    struct epoll_event *event);
    
    
    struct epoll_event {
    	__uint32_t events; /* epoll 事件 */
    	epoll_data_t data; /* 用户传递的数据 */
    }
    
    /*
     * events : {EPOLLIN, EPOLLOUT, EPOLLPRI,
    						 EPOLLHUP, EPOLLET, EPOLLONESHOT}
     */
    typedef union epoll_data {
    	void *ptr;
    	int fd;
    	uint32_t u32;
    	uint64_t u64;
    } epoll_data_t;
    
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    使用

    struct epoll_event new_event;
    
    new_event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
    new_event.data.fd = 5;
    
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 5, &new_event);
    
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    创建一个用户态的事件,绑定到某个fd上,然后添加到内核中的epoll红黑树中。

    在这里插入图片描述


    3. 等待EPOLL
    /**
    *
    * @param epfd 用epoll_create所创建的epoll句柄
    * @param event 从内核得到的事件集合
    * @param maxevents 告知内核这个events有多大,
    * 注意: 值 不能大于创建epoll_create()时的size.
    * @param timeout 超时时间
    * -1: 永久阻塞
    * 0: 立即返回,非阻塞
    * >0: 指定微秒
    *
    * @returns 成功: 有多少文件描述符就绪,时间到时返回0
    * 失败: -1, errno 查看错误
    */
    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *event,
    							 int maxevents, int timeout);
    
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    使用

    struct epoll_event my_event[1000];
    
    int event_cnt = epoll_wait(epfd, my_event, 1000, -1);
    
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    epoll_wait是一个阻塞的状态,如果内核检测到IO的读写响应,会抛给上层的epoll_wait, 返回给用户态一个已经触发的事件队列,同时阻塞返回。开发者可以从队列中取出事件来处理,其中事件里就有绑定的对应fd是哪个(之前添加epoll事件的时候已经绑定)。

    在这里插入图片描述


    4. 使用epoll编程主流程骨架
    int epfd = epoll_crete(1000);
    
    //将 listen_fd 添加进 epoll 中
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd,&listen_event);
    
    while (1) {
    	//阻塞等待 epoll 中 的fd 触发
    	int active_cnt = epoll_wait(epfd, events, 1000, -1);
    
    	for (i = 0 ; i < active_cnt; i++) {
    		if (evnets[i].data.fd == listen_fd) {
    			//accept. 并且将新accept 的fd 加进epoll中.
    		}
    		else if (events[i].events & EPOLLIN) {
    			//对此fd 进行读操作
    		}
    		else if (events[i].events & EPOLLOUT) {
    			//对此fd 进行写操作
    		}
    	}
    }
    
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    epoll的触发模式

    水平触发(LT)

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    水平触发的主要特点是,如果用户在监听epoll事件,当内核有事件的时候,会拷贝给用户态事件,但是如果用户只处理了一次,那么剩下没有处理的会在下一次epoll_wait再次返回该事件。

    这样如果用户永远不处理这个事件,就导致每次都会有该事件从内核到用户的拷贝,耗费性能,但是水平触发相对安全,最起码事件不会丢掉,除非用户处理完毕。


    边缘触发(ET)

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    边缘触发,相对跟水平触发相反,当内核有事件到达, 只会通知用户一次,至于用户处理还是不处理,以后将不会再通知。这样减少了拷贝过程,增加了性能,但是相对来说,如果用户马虎忘记处理,将会产生事件丢的情况。


    简单的epoll服务器(C语言)

    (1) 服务端

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <ctype.h>
    #include <string.h>
    
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #include <sys/epoll.h>
    
    #define SERVER_PORT (7778)
    #define EPOLL_MAX_NUM (2048)
    #define BUFFER_MAX_LEN (4096)
    
    char buffer[BUFFER_MAX_LEN];
    
    void str_toupper(char *str)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < strlen(str); i ++) {
            str[i] = toupper(str[i]);
        }
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        int listen_fd = 0;
        int client_fd = 0;
        struct sockaddr_in server_addr;
        struct sockaddr_in client_addr;
        socklen_t client_len;
    
        int epfd = 0;
        struct epoll_event event, *my_events;
    
        / socket
            listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
        // bind
        server_addr.sin_family = AF_INET;
        server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
        bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
    
        // listen
        listen(listen_fd, 10);
    
        // epoll create
        epfd = epoll_create(EPOLL_MAX_NUM);
        if (epfd < 0) {
            perror("epoll create");
            goto END;
        }
    
        // listen_fd -> epoll
        event.events = EPOLLIN;
        event.data.fd = listen_fd;
        if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) < 0) {
            perror("epoll ctl add listen_fd ");
            goto END;
        }
    
        my_events = malloc(sizeof(struct epoll_event) * EPOLL_MAX_NUM);
    
    
        while (1) {
            // epoll wait
            int active_fds_cnt = epoll_wait(epfd, my_events, EPOLL_MAX_NUM, -1);
            int i = 0;
            for (i = 0; i < active_fds_cnt; i++) {
                // if fd == listen_fd
                if (my_events[i].data.fd == listen_fd) {
                    //accept
                    client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
                    if (client_fd < 0) {
                        perror("accept");
                        continue;
                    }
    
                    char ip[20];
                    printf("new connection[%s:%d]\n", inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, ip, sizeof(ip)), ntohs(client_addr.sin_port));
    
                    event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                    event.data.fd = client_fd;
                    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &event);
                }
                else if (my_events[i].events & EPOLLIN) {
                    printf("EPOLLIN\n");
                    client_fd = my_events[i].data.fd;
    
                    // do read
    
                    buffer[0] = '\0';
                    int n = read(client_fd, buffer, 5);
                    if (n < 0) {
                        perror("read");
                        continue;
                    }
                    else if (n == 0) {
                        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, client_fd, &event);
                        close(client_fd);
                    }
                    else {
                        printf("[read]: %s\n", buffer);
                        buffer[n] = '\0';
    #if 1
                        str_toupper(buffer);
                        write(client_fd, buffer, strlen(buffer));
                        printf("[write]: %s\n", buffer);
                        memset(buffer, 0, BUFFER_MAX_LEN);
    #endif
    
                        /*
                           event.events = EPOLLOUT;
                           event.data.fd = client_fd;
                           epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, client_fd, &event);
                           */
                    }
                }
                else if (my_events[i].events & EPOLLOUT) {
                    printf("EPOLLOUT\n");
                    /*
                       client_fd = my_events[i].data.fd;
                       str_toupper(buffer);
                       write(client_fd, buffer, strlen(buffer));
                       printf("[write]: %s\n", buffer);
                       memset(buffer, 0, BUFFER_MAX_LEN);
    
                       event.events = EPOLLIN;
                       event.data.fd = client_fd;
                       epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, client_fd, &event);
                       */
                }
            }
        }
    
    END:
        close(epfd);
        close(listen_fd);
        return 0;
    }
    
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    (2) 客户端

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <strings.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    
    #define MAX_LINE (1024)
    #define SERVER_PORT (7778)
    
    void setnoblocking(int fd)
    {
        int opts = 0;
        opts = fcntl(fd, F_GETFL);
        opts = opts | O_NONBLOCK;
        fcntl(fd, F_SETFL);
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        int sockfd;
        char recvline[MAX_LINE + 1] = {0};
    
        struct sockaddr_in server_addr;
    
        if (argc != 2) {
            fprintf(stderr, "usage ./client \n");
            exit(0);
        }
    
    
        // 创建socket
        if ( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
            fprintf(stderr, "socket error");
            exit(0);
        }
    
    
        // server addr 赋值
        bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
        server_addr.sin_family = AF_INET;
        server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    
        if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &server_addr.sin_addr) <= 0) {
            fprintf(stderr, "inet_pton error for %s", argv[1]);
            exit(0);
        }
    
    
        // 链接服务端
        if (connect(sockfd, (struct sockaddr*) &server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
            perror("connect");
            fprintf(stderr, "connect error\n");
            exit(0);
        }
    
        setnoblocking(sockfd);
    
        char input[100];
        int n = 0;
        int count = 0;
    
    
    
        // 不断的从标准输入字符串
        while (fgets(input, 100, stdin) != NULL)
        {
            printf("[send] %s\n", input);
            n = 0;
            // 把输入的字符串发送 到 服务器中去
            n = send(sockfd, input, strlen(input), 0);
            if (n < 0) {
                perror("send");
            }
    
            n = 0;
            count = 0;
    
    
            // 读取 服务器返回的数据
            while (1)
            {
                n = read(sockfd, recvline + count, MAX_LINE);
                if (n == MAX_LINE)
                {
                    count += n;
                    continue;
                }
                else if (n < 0){
                    perror("recv");
                    break;
                }
                else {
                    count += n;
                    recvline[count] = '\0';
                    printf("[recv] %s\n", recvline);
                    break;
                }
            }
        }
    
        return 0;
    }
    
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    Linux网络Server的N种并发模型

    模型一、单线程Accept(无IO复用)

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述
    (2) 模型分析

    ① 主线程main thread执行阻塞Accept,每次客户端Connect链接过来,main thread中accept响应并建立连接

    ② 创建链接成功,得到Connfd1套接字后, 依然在main thread串行处理套接字读写,并处理业务。

    ③ 在②处理业务中,如果有新客户端Connect过来,Server无响应,直到当前套接字全部业务处理完毕。

    ④ 当前客户端处理完后,完毕链接,处理下一个客户端请求。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● socket编程流程清晰且简单,适合学习使用,了解socket基本编程流程。

    缺点:

    ● 该模型并非并发模型,是串行的服务器,同一时刻,监听并响应最大的网络请求量为1。 即并发量为1。
    ● 仅适合学习基本socket编程,不适合任何服务器Server构建。


    模型二、单线程Accept+多线程读写业务(无IO复用)

    (1) 模型结构图
    在这里插入图片描述
    (2) 模型分析

    ① 主线程main thread执行阻塞Accept,每次客户端Connect链接过来,main thread中accept响应并建立连接

    ② 创建链接成功,得到Connfd1套接字后,创建一个新线程thread1用来处理客户端的读写业务。main thead依然回到Accept阻塞等待新客户端。

    ③ thread1通过套接字Connfd1与客户端进行通信读写。

    ④ server在②处理业务中,如果有新客户端Connect过来,main thread中Accept依然响应并建立连接,重复②过程。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● 基于模型一:单线程Accept(无IO复用) 支持了并发的特性。
    ● 使用灵活,一个客户端对应一个线程单独处理,server处理业务内聚程度高,客户端无论如何写,服务端均会有一个线程做资源响应。

    缺点:

    ● 随着客户端的数量增多,需要开辟的线程也增加,客户端与server线程数量1:1正比关系,一次对于高并发场景,线程数量收到硬件上限瓶颈。
    ● 对于长链接,客户端一旦无业务读写,只要不关闭,server的对应线程依然需要保持连接(心跳、健康监测等机制),占用连接资源和线程开销资源浪费。
    ● 仅适合客户端数量不大,并且数量可控的场景使用。

    仅适合学习基本socket编程,不适合任何服务器Server构建。


    模型三、单线程多路IO复用

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述
    (2) 模型分析

    ① 主线程main thread创建listenFd之后,采用多路I/O复用机制(如:select、epoll)进行IO状态阻塞监控。有Client1客户端Connect请求,I/O复用机制检测到ListenFd触发读事件,则进行Accept建立连接,并将新生成的connFd1加入到监听I/O集合中。

    ② Client1再次进行正常读写业务请求,main thread的多路I/O复用机制阻塞返回,会触该套接字的读/写事件等。

    ③ 对于Client1的读写业务,Server依然在main thread继续执行,此时如果有新的客户端Connect链接请求过来,Server将没有即时响应。

    ④ 等到Server处理完一个连接的Read+Write操作,继续回到多路I/O复用机制阻塞,其他链接过来重复 ②、③流程。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● 单流程解决了可以同时监听多个客户端读写状态的模型,不需要1:1与客户端的线程数量关系。
    ● 多路I/O复用阻塞,非忙询状态,不浪费CPU资源, CPU利用率较高。

    缺点:

    ● 虽然可以监听多个客户端的读写状态,但是同一时间内,只能处理一个客户端的读写操作,实际上读写的业务并发为1。
    ● 多客户端访问Server,业务为串行执行,大量请求会有排队延迟现象,如图中⑤所示,当Client3占据main thread流程时,Client1,Client2流程卡在IO复用等待下次监听触发事件。


    模型四、单线程多路IO复用+多线程读写业务(业务工作池)

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述
    (2) 模型分析

    ① 主线程main thread创建listenFd之后,采用多路I/O复用机制(如:select、epoll)进行IO状态阻塞监控。有Client1客户端Connect请求,I/O复用机制检测到ListenFd触发读事件,则进行Accept建立连接,并将新生成的connFd1加入到监听I/O集合中。

    ② 当connFd1有可读消息,触发读事件,并且进行读写消息

    main thread按照固定的协议读取消息,并且交给worker pool工作线程池, 工作线程池在server启动之前就已经开启固定数量的thread,里面的线程只处理消息业务,不进行套接字读写操作

    ④ 工作池处理完业务,触发connFd1写事件,将回执客户端的消息通过main thead写给对方。

    此时依旧是由主线程利用epoll或者select等IO多路复用模型,来监控客户端连接,和客户端socket的读写事件。线程池中的线程只是负责处理主线程读取出来的消息。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● 对于模型三, 将业务处理部分,通过工作池分离出来,减少多客户端访问Server,业务为串行执行,大量请求会有排队延迟时间。
    ● 实际上读写的业务并发为1,但是业务流程并发为worker pool线程数量,加快了业务处理并行效率。

    缺点:

    ● 读写依然为main thread单独处理,最高读写并行通道依然为1.
    ● 虽然多个worker线程处理业务,但是最后返回给客户端,依旧需要排队,因为出口还是main thread的Read + Write

    while(1){
       //等待感兴趣事件发生
       int num=epoll_wait(....,events,...)
       //处理就绪事件
       for event:events {
          if event==read {
               //主线程从socket读取数据
               msg=readMsgFromEvent(event);
              //将数据交给线程池中某个线程进行处理
              thread=worker_pool.poll() 
              //当前线程内部处理完业务后
              //触发event的写事件,将回执客户端的消息通过main thead写给对方
              thread.handle(msg)
         }else if event==write {
              ....
         ]
       } 
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    模型五、单线程IO复用+多线程IO复用(链接线程池)

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述


    (2) 模型分析

    ① Server在启动监听之前,开辟固定数量(N)的线程,用Thead Pool线程池管理

    ② 主线程main thread创建listenFd之后,采用多路I/O复用机制(如:select、epoll)进行IO状态阻塞监控。有Client1客户端Connect请求,I/O复用机制检测到ListenFd触发读事件,则进行Accept建立连接,并将新生成的connFd1分发给Thread Pool中的某个线程进行监听。

    ③ Thread Pool中的每个thread都启动多路I/O复用机制(select、epoll),用来监听main thread建立成功并且分发下来的socket套接字。

    ④ 如图, thread监听ConnFd1、ConnFd2, thread2监听ConnFd3,thread3监听ConnFd4. 当对应的ConnFd有读写事件,对应的线程处理该套接字的读写及业务。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● 将main thread的单流程读写,分散到多线程完成,这样增加了同一时刻的读写并行通道,并行通道数量N, N为线程池Thread数量。

    ● server同时监听的ConnFd套接字数量几乎成倍增大,之前的全部监控数量取决于main thread的多路I/O复用机制的最大限制(select 默认为1024, epoll默认与内存大小相关,约3~6w不等),所以理论单点Server最高响应并发数量为(3~6W)(N为线程池Thread数量,建议与CPU核心成比例1:1)。

    ● 如果良好的线程池数量和CPU核心数适配,那么可以尝试CPU核心与Thread进行绑定,从而降低CPU的切换频率,提升每个Thread处理合理业务的效率,降低CPU切换成本开销。

    缺点:

    ● 虽然监听的并发数量提升,但是最高读写并行通道依然为N,而且多个身处同一个Thread的客户端,会出现读写延迟现象,实际上每个Thread的模型特征与模型三:单线程多路IO复用一致。


    模型五(进程版)、单进程多路I/O复用+多进程多路I/O复用(进程池)

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述
    (2) 模型分析

    与五、单线程IO复用+多线程IO复用(链接线程池)无大差异。

    不同处

    ● 进程和线程的内存布局不同导致,main process(主进程)不再进行Accept操作,而是将Accept过程分散到各个子进程(process)中.

    ● 进程的特性,资源独立,所以main process如果Accept成功的fd,其他进程无法共享资源,所以需要各子进程自行Accept创建链接

    ● main process只是监听ListenFd状态,一旦触发读事件(有新连接请求). 通过一些IPC(进程间通信:如信号、共享内存、管道)等, 让各自子进程Process竞争Accept完成链接建立,并各自监听。


    (3) 优缺点

    与五、单线程IO复用+多线程IO复用(链接线程池)无大差异。

    不同处:

    多进程内存资源空间占用稍微大一些

    多进程模型安全稳定型较强,这也是因为各自进程互不干扰的特点导致。


    模型六、单线程多路I/O复用+多线程多路I/O复用+多线程

    (1) 模型结构图

    在这里插入图片描述


    (2) 模型分析

    ① Server在启动监听之前,开辟固定数量(N)的线程,用Thead Pool线程池管理

    ② 主线程main thread创建listenFd之后,采用多路I/O复用机制(如:select、epoll)进行IO状态阻塞监控。有Client1客户端Connect请求,I/O复用机制检测到ListenFd触发读事件,则进行Accept建立连接,并将新生成的connFd1分发给Thread Pool中的某个线程进行监听。

    ③ Thread Pool中的每个thread都启动多路I/O复用机制(select、epoll),用来监听main thread建立成功并且分发下来的socket套接字。一旦其中某个被监听的客户端套接字触发I/O读写事件,那么,会立刻开辟一个新线程来处理I/O读写业务。

    ④ 但某个读写线程完成当前读写业务,如果当前套接字没有被关闭,那么将当前客户端套接字如:ConnFd3重新加回线程池的监控线程中,同时自身线程自我销毁。


    (3) 优缺点

    优点:

    ● 在模型五、单线程IO复用+多线程IO复用(链接线程池)基础上,除了能够保证同时响应的最高并发数,又能解决读写并行通道局限的问题。
    ● 同一时刻的读写并行通道,达到最大化极限,一个客户端可以对应一个单独执行流程处理读写业务,读写并行通道与客户端数量1:1关系。

    缺点:

    ● 该模型过于理想化,因为要求CPU核心数量足够大。
    ● 如果硬件CPU数量可数(目前的硬件情况),那么该模型将造成大量的CPU切换成本浪费。因为为了保证读写并行通道与客户端1:1的关系,那么Server需要开辟的Thread数量就与客户端一致,那么线程池中做多路I/O复用的监听线程池绑定CPU数量将变得毫无意义。
    ● 如果每个临时的读写Thread都能够绑定一个单独的CPU,那么此模型将是最优模型。但是目前CPU的数量无法与客户端的数量达到一个量级,目前甚至差的不是几个量级的事。


    总结

    综上,我们整理了7中Server的服务器处理结构模型,每个模型都有各自的特点和优势,那么对于多少应付高并发和高CPU利用率的模型,目前多数采用的是模型五(或模型五进程版,如Nginx就是类似模型五进程版的改版)。

    至于并发模型并非设计的约复杂越好,也不是线程开辟的越多越好,我们要考虑硬件的利用与和切换成本的开销。模型六设计就极为复杂,线程较多,但以当今的硬件能力无法支撑,反倒导致该模型性能极差。所以对于不同的业务场景也要选择适合的模型构建,并不是一定固定就要使用某个来应用。

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/m0_53157173/article/details/126759156