IO多路复用之Reactor模式

时间：2016-12-12 20:13:54 阅读：275 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

标签：内核空间连接数 out 异步回调 io操作异步 timeout poll 延迟

首先，我们来看看同步和异步。

在处理 IO 的时候，阻塞和非阻塞都是同步 IO。
只有使用了特殊的 API 才是异步 IO。

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接下来，我们来看看Linux下的三大同步IO多路复用函数
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK); //socket设为O_NONBLOCK，但是select/poll/epoll是block操作

1)select
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

缺点：
1). nfds有限制，最大只能是1024
2). 知道有事件到来，还要遍历到底是哪个fd触发的
3).不能动态的修改fdset, 或者关闭某个socket
4)、需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大

优点：（select如此的老，我们还需要它吗？）
1). 更好的兼容老的系统
2). select 计算超时可以达到纳秒精度，而poll, epoll只能达到毫秒的精度。client/server用不着这么高，但嵌入式系统用的着。
事实上，如果你写一个不超过200个socket程序，select和poll, epool性能上没啥区别。

2)poll
int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds, int timeout);

缺点：
1). 知道有事件到来，还要遍历到底是哪个fd触发的
2).不能动态的修改fdset, 或者关闭某个socket

优点：
1)没有fd个数限制

使用场景：
1)多平台支持，不仅仅是linux，你又不想使用libevent
2)不超过1000个sockets
3)超过1000个socket，但是socket都是short-lived的
4)Your application is not designed the way that it changes the events while another thread is waiting for them

3)epool (epoll is Linux only)
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

1)Your application runs a thread poll which handles many network connections by a handful of threads.
单线程应用使用epool得不偿失，不比pool好
2)至少1000个以上的socket，socket
3)epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。另一点原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发（Level Triggered）外，还提供了边缘触发（Edge Triggered），这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。

怎么选择呢？

如果处理的连接数不是很高的话，使用select/epoll的web server不一定比使用multi-threading + blocking IO的web server性能更好，可能延迟还更大。

select/epoll的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。真正的异步IO（下面会统一叫做AIO）应该像Windows IOCP一样，传入文件句柄，缓存区，尺寸等参数和一个函数指针，当操作系统真正完成了IO操作，再执行对应的函数。

实际上对于socket来说，epoll已经是最高效的模型了，虽然比AIO多一次recv系统调用，但总体来看没有任何IO等待，效率很高。而且epoll是天然的reactor模型，程序实现更容易。AIO如windows的IOCP，是异步回调的方式，开发难度很高。

再来说Reactor首先看它的类图，顺便说一句，我向来看不懂类图，我只喜欢序列图

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