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          select, iocp, epoll,kqueue及各種I/O復用機制

          Posted on 2011-12-07 13:45 瘋狂 閱讀(1441) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: java性能架構網絡通訊

          首先,介紹幾種常見的I/O模型及其區別,如下:

          • blocking I/O

          • nonblocking I/O

          • I/O multiplexing (select and poll)

          • signal driven I/O (SIGIO)

          • asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)

          blocking I/O
          這個不用多解釋吧,阻塞套接字。下圖是它調用過程的圖示:

          重點解釋下上圖,下面例子都會講到。首先application調用 recvfrom()轉入kernel,注意kernel有2個過程,wait for data和copy data from kernel to user。直到最后copy complete后,recvfrom()才返回。此過程一直是阻塞的。

          nonblocking I/O:
          與blocking I/O對立的,非阻塞套接字,調用過程圖如下:

          可以看見,如果直接操作它,那就是個輪詢。。直到內核緩沖區有數據。

          I/O multiplexing (select and poll)
          最常見的I/O復用模型,select。

          select先阻塞,有活動套接字才返回。與blocking I/O相比,select會有兩次系統調用,但是select能處理多個套接字。

          signal driven I/O (SIGIO)
          只有UNIX系統支持,感興趣的課查閱相關資料

          I/O multiplexing (select and poll)相比,它的優勢是,免去了select的阻塞與輪詢,當有活躍套接字時,由注冊的handler處理。

          asynchronous I/O (the POSIX aio_functions)
          很少有*nix系統支持,windows的IOCP則是此模型

          完全異步的I/O復用機制,因為縱觀上面其它四種模型,至少都會在由kernel copy data to appliction時阻塞。而該模型是當copy完成后才通知application,可見是純異步的。好像只有windows的完成端口是這個模型,效率也很出色。

          下面是以上五種模型的比較

          可以看出,越往后,阻塞越少,理論上效率也是最優。

          =====================分割線==================================

          5種模型的比較比較清晰了,剩下的就是把select,epoll,iocp,kqueue按號入座那就OK了。

          select和iocp分別對應第3種與第5種模型,那么epoll與kqueue呢?其實也于select屬于同一種模型,只是更高級一些,可以看作有了第4種模型的某些特性,如callback機制。

          那么,為什么epoll,kqueue比select高級?

          答案是,他們無輪詢。因為他們用callback取代了。想想看,當套接字比較多的時候,每次select()都要通過遍歷FD_SETSIZE個Socket來完成調度,不管哪個Socket是活躍的,都遍歷一遍。這會浪費很多CPU時間。如果能給套接字注冊某個回調函數,當他們活躍時,自動完成相關操作,那就避免了輪詢,這正是epoll與kqueue做的。

          windows or *nix (IOCP or kqueue/epoll)?

          誠然,Windows的IOCP非常出色,目前很少有支持asynchronous I/O的系統,但是由于其系統本身的局限性,大型服務器還是在UNIX下。而且正如上面所述,kqueue/epoll 與 IOCP相比,就是多了一層從內核copy數據到應用層的阻塞,從而不能算作asynchronous I/O類。但是,這層小小的阻塞無足輕重,kqueue與epoll已經做得很優秀了。

          提供一致的接口,IO Design Patterns

          實際上,不管是哪種模型,都可以抽象一層出來,提供一致的接口,廣為人知的有ACE,Libevent這些,他們都是跨平臺的,而且他們自動選擇最優的I/O復用機制,用戶只需調用接口即可。說到這里又得說說2個設計模式,Reactor and Proactor。有一篇經典文章http://www.artima.com/articles/io_design_patterns.html值得閱讀,Libevent是Reactor模型,ACE提供Proactor模型。實際都是對各種I/O復用機制的封裝。

          Java nio包是什么I/O機制?

          我曾天真的認為java nio封裝的是IOCP。。現在可以確定,目前的java本質是select()模型,可以檢查/jre/bin/nio.dll得知。至于java服務器為什么效率還不錯。。我也不得而知,可能是設計得比較好吧。。-_-。

          =====================分割線==================================

          總結一些重點:

          1. 只有IOCP是asynchronous I/O,其他機制或多或少都會有一點阻塞。
          2. select低效是因為每次它都需要輪詢。但低效也是相對的,視情況而定,也可通過良好的設計改善
          3. epoll, kqueue是Reacor模式,IOCP是Proactor模式。
          4. java nio包是select模型。。

          轉載自:http://blog.csdn.net/shallwake/article/details/5265287

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