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redis网络模型

    • 用户空间和内核空间
    • IO
      • 五种IO模型
        • 阻塞IO
        • 非阻塞IO
        • IO多路复用
          • select
          • poll
          • epoll
          • web服务流程
        • 信号驱动IO
        • 异步IO
      • IO模型比较
    • redis网络模型
      • redis为什么是单线程
      • redis单线程网络模型流程

用户空间和内核空间

为安全，将用户应用和系统应用分隔开，产生用户空间和内核空间
32位操作系统，内存大小为2^32（4G）
redis网络模型_第1张图片

IO

用户空间和内核空间各有一个缓冲区

  • 写数据：数据->用户缓冲区->内核缓冲区->写入设备
  • 读数据：设备->内核缓冲区->用户缓冲区->读出数据
    读数据时，首先要等待数据到达内核缓冲区，其次从内核缓冲区拷贝数据到用户缓冲区

五种IO模型

阻塞IO

进程阻塞，等待数据到达内核缓冲区（数据就绪）
redis网络模型_第2张图片

非阻塞IO

多次查询数据是否就绪，立即返回结果，不阻塞线程。
多次查询并未提高进程性能，反而使得cpu使用率增加
redis网络模型_第3张图片

IO多路复用

利用单个线程同时监听多个文件描述符FD，在某个文件就绪时得到通知，充分利用CPU，避免无效等待

select
  • 用户空间创建要监听的FD集合，将要监听的FD的对应bit位设为1。拷贝到内核空间。
  • 内核空间遍历FD集合，监听FD，阻塞等待，直到FD集合中有就绪数据，遍历FD集合，已就绪的不处理，未就绪的设为0，然后将FD集合拷贝到用户空间，覆盖原来的。此时FD集合中为1的是已就绪的，并告知共有几个问就绪。
  • 用户空间遍历集合，找到已就绪的数据
poll

redis网络模型_第4张图片

epoll
  • 用户空间epoll_create生成eventpoll，拷贝到内核空间
  • 用户空间epoll_ctl添加FD到内核空间的eventpoll的rbr中
  • FD就绪则触发callback函数，将FD添加到rdlist中
  • epoll_wait阻塞等待一段时间，检查rdlist是否有就绪数据，如果rdlist不为空，则返回rdlist的大小（就绪的文件数量）并将rdlist拷贝到用户空间，如果为空则再次epoll_wait

    redis网络模型_第5张图片
    事件通知机制：调用epoll_wait，当FD就绪，得到通知
  • LT，数据可读时，多次通知（每调用epoll_wait一次，得到一次通知）直到数据处理完成。epoll的默认模式。重复通知，效率↓。
  • ET，一次通知（第一次调用epoll_wait，得到一次通知，之后不再通知）
    eg：将rdlist拷贝到用户空间
    先将rdlist的链表指针断开，判断事件通知机制模式
    如果是ET，则开始拷贝，拷贝后删除内核空间数据，因指针断开之后rdlist为空，则下一次epoll_wait时不会通知
    如果是LT，则开始拷贝，当没有拷贝完时，恢复指针将数据连在rdlist中，下一次epoll_wait时，rdlist仍有数据，继续通知，继续读
    • ET可以手动添加回rdlist
    • LT 可以while循环，一次将数据拷贝完，无需再添加回rdlist。
      读取FD集合时，当读不到了进程会阻塞等待，直到有新的数据，所以while循环无法结束。应当采用非阻塞方式，每次读取立即返回无论是否有值
    • LT惊群现象： 数据一直存在rdlist中，每一次检查调用epoll_wait，都会显示有数据就绪，会唤醒等待的进程，多个进程都被唤醒，而然在最初的进程接收并处理完数据后，其他进程获取不到数据，所以根本无需唤醒。
web服务流程

redis网络模型_第6张图片

信号驱动IO

当内核有FD就绪时，发出SIGIO信号通知用户。无需阻塞等待也无需轮询
redis网络模型_第7张图片

  • 大量IO，SIGIO信号放在队列，可能导致队列溢出
  • 用户空间和内核空间频繁信号交互，效率低

异步IO

redis网络模型_第8张图片

  • 高并发时，内核空间需要处理的数据过多，内存占用过大，系统崩溃

IO模型比较

同步异步看内核和用户空间拷贝过程
redis网络模型_第9张图片

redis网络模型

redis为什么是单线程

核心业务部分（命令处理）：单线程
核心网络模型：多线程，提高cpu利用率

  • redis，纯内存操作，快
  • 性能瓶颈为网络延迟，多线程没有帮助
  • 多线程上下文切换有开销
  • 多线程存在线程安全问题，需要引入锁，复杂度提高，性能降低

redis单线程网络模型流程

  • serverSocket注册到aeEventLoop中监听，通过aeApiPoll（epoll_wait）检查serverSocket是否可读
  • serverSocket可读，则由tcpAccpetHandler处理。得到clientSocket连接
  • clientSocket注册到eventLoop中监听，通过aeApiPoll（epoll_wait）检查clientSocket是否可读，由readQueryFromClient处理
  • 将clientSocket包装为一个client，读取数据放到client的buffer中，将buffer转为redis命令
  • 将redis命令执行结果存储在client中（需要写回client客户端），放在队列里
  • clientSocket可写时，将队列中的数据写入
    redis网络模型_第10张图片
  • aeEventLoop到aeApiPoll == IO多路复用+事件派发
  • 从clientSocket读写数据，受网络影响——>增加多线程

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