浅谈I/O多路复用技术

I/O多路复用，即一个线程可以处理很多个socket连接。一个select/poll/epoll系统调用可以处理很多个socket连接，而不像recv等系统调用每次只能处理一个sock。

1、Blocked_I/O

服务端主线程只负责accept新的连接，每次有新连接则抛出一个线程处理该连接的数据接收与发送。

缺点：开销大，性能差

2、NonBlocked_I/O

服务端将监听与接收都设置为非阻塞，轮询所有已建立连接的socket。

缺点：大量的CPU时间浪费在无效的轮询上面（对每个有效/无效的sock连接都调用recv等系统调用，而每次系统调用都会造成上CPU下文切换）

3、I/O多路复用

一个select/poll/epoll系统调用可以处理很多个socket连接，每次返回告诉服务端哪些sock可以读/写，从而服务器只对有效的sock进行读写。

I/O多路复用器时同步I/O模型：它只向用户程序返回状态(可读写)，程序自己得去accept/recv/write。

异步I/O模型指的是有一个方法，你调用了，返回时除了返回可读写状态，同时数据也帮你写入用户程序了，不需要自己去recv。

3.1 select/poll的缺点

1）fd重复传递（相同的fd重复从用户态传到内核态）；解决方案：在内核开辟一个空间记录已传递的fd

2）被动遍历（内核没有记录已传递的fd，每次select调用都得遍历所有的fd）；解决方案：内核存储已传递的fd，每次网卡驱动有事件知道是哪个fd，下次epoll调用直接知道哪些fd有效。

3.2 epoll是怎么解决上述缺点的？

1）epoll_creat()在内核开辟空间记录已传递的fds。函数的返回值epoll_fd即代表内核开辟的空间（以红黑树存储）。

2）epoll_ctl(epoll_fd, ADD, listen_fd, ACCEPT/RECV/WRITE)负责往epoll_fd指向的内核空间中添加新的socket连接及该socket连接上需要监听的事件类型。即每个socket描述符只传递一次。

3）epoll_wait()返回有响应的fd集合（rd_list等待区），返回服务器程序处理。epoll通过网卡的异步消息机制，将红黑数里边有事件响应的fd放入rd_list。