【网络】多路IO复用

多路I/O复用

1. 多路I/O复用：

   • 多路I/O复用就是用一个线程或者进程同时监听多个文件描述符（套接字、管道等）的I/O事件（如可读、可写、异常）的技术；通过多路I/O复用，程序可以在不阻塞情况下同时处理多个连接请求，显著提升网络服务器的并发处理能力

2. 多路I/O复用的优点：

   1. 支持高并发：单个线程可以同时处理（监听）多个I/O操作
   2. 资源高效、减少线程切换开销：减少线程的创建和切换，节约系统资源
   3. 简化程序结构：多路IO复用不需要处理复杂的线程管理以及同步问题

3. 常见的多路I/O复用技术：

   • select：（优点：简单，易用，跨平台；缺点：受最大FD限制，每次调用须全量拷贝文件描述符到内核空间）

     • select 函数会监视多个文件描述符的集合，当其中任何一个文件描述符上的 I/O 事件（可读、可写、异常）发生时，select 函数会返回，通过遍历文件描述符集合来确定哪些文件描述符发生了事件

   • poll：（优点：不受FD限制；缺点：每次调用须全量拷贝文件描述符至内核空间，遍历整个 pollfd 数组来确定哪些文件描述符发生了事件）

     • poll 是监视多个文件描述符的集合，使用一个 pollfd 结构体数组来表示要监视的文件描述符，没有最大文件描述符数量的限制

   • epoll：（优点：高效、支持大规模连接；缺点：使用红黑树+链表，内存消耗高且仅适用Linux系统）

     • epoll 是 Linux 特有的 I/O 复用机制，它使用事件驱动的方式，通过 epoll_ctl 函数注册文件描述符和对应的事件，当事件发生时，epoll_wait 函数会返回发生事件的文件描述符列表，避免了遍历所有文件描述符的开销。
       

     • epoll工作流程：

       1. 创建epoll实例：

          int epoll_fd = epoll_create1(0);
          

       2. 注册监控事件：

          struct epoll_event event;
          event.events = EPOLLIN;  // 监控可读事件
          event.data.fd = sockfd;
          epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
          

       3. 等待事件就绪：

          int num_ready = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
          

       4. 处理就绪事件：

4. 水平触发（LT）：

   • 默认情况下，epoll提供水平触发；只要文件描述符处于就绪态（如可读、可写等），就会一直通知应用程序。应用程序可以在任何时间检查文件描述符的状态，并进行相应的I/O操作
   • 适用于文件描述符少场景：如果文件描述符就绪，应用程序没有处理完所有数据，系统就会持续通知

5. 边缘触发（EL）：

   • 只有在文件描述符发生变化时（例如从不可读变为可读），才会通知应用程序。应用程序需要一次处理所有就绪的数据，否则可能会丢失事件。
   • 适合高并发场景：只在状态变化时通知一次，减少事件通知次数，适合高并发场景。