懂點IT2020-06-17 22:40:13

什麼是IO多路複用?

舉個例子：

假設我們需要編寫一個echo伺服器程式，功能是：

響應使用者從標準輸入端鍵入的命令。

接收網路客戶端發起的連線請求。

這其實是2個不同IO事件，該如何等待請求和處理命令呢？

若伺服器在accept中一直等待網路客戶端連線，就不能處理輸入命令，反過來在read中等待使用者鍵入命令，那就不能接受客戶端請求，你會說我們可以使用多程序或多執行緒，但我們希望不要引起多餘的上下文切換，使用單執行緒來處理可以嗎？IO多路複用就是這種解決方法，基本思路是使用select函式，該函式會一直掛起來監聽的輸入IO集合（檔案描述符），只有在一個或多個IO事件發生後（狀態變為可讀），將控制權給應用程式。伺服器使用IO多路複用，藉助select函式監測IO事件的發生，當監聽的檔案描述符變為可讀時（IO事件發生），伺服器就為相應的狀態機執行轉移，IO多路複用基本思就是複用單一或少量執行緒處理多種IO事件，並不是為了更快的處理IO，而是可以同時處理多個IO事件，IO事件可以是標準輸入輸出、socket等。

生活舉例：

好比你去銀行櫃檯，三個視窗只有一個服務員，你去辦理業務相當於IO事件，辦理業務需要填表，這時相當於你的事件還未準備好，服務員可以接收其他視窗的客戶，這種場景相當於服務員一個人（單一程序）監聽了三個視窗的事件（IO事件），每次輪詢詢問每個視窗客戶是否填好了表格，沒好就去下一個視窗詢問，填好了就把這個表格交給後臺人員處理，當然你可以每個視窗安排一個服務人員，併發進行，但計算機不同的是，早期的cpu大多是單核cpu，cpu是分配時間片區做到併發的，相當於一個人一天的工作時間是固定比如8小時，2小時喝茶，2小時打王者等等，只不過這個人的手速很快，幹起活來在你看來好像是瞬間同時完成的，這人就是cpu他就這麼快！多核多cpu那是後來才有的事就另說了。

實現系統IO多路複用的方式有哪些？

這裡不會介紹每個函式的具體用法，只讓讀者總體上對多路複用有一個概念模型，深入瞭解可以參考《深入理解計算機系統》等相關書籍

select函式：

系統中的IO被抽象為檔案描述符，簡單說select函式輪詢這些傳給他的檔案描述符，發現有事件就緒（資料從核心空間到使用者空間卡複製完成），就將資料讀取出來返回給應用程式。

poll函式：

和selec函式比較沒有本質區別，但沒有最大檔案描述數量的限制，檔案描述符使用連結串列來儲存，上限取決於系統最大檔案控制代碼開啟數，select上限是1024個檔案描述符

epoll模式：

select、poll採用輪詢的方式挨個檢測每個檔案描述符是否就緒，如果描述符太多，每次都要迴圈查詢效率太低，能不能使用回撥的方式，當檔案描述符就緒時自動回撥通知，不用每次迴圈，從而讓複雜度從O（n）降低到O（1） ， 這也是epoll和前2個最大的區別，可以理解為

event poll，他是一組函式而不是單個函式來實現多路複用的。

應用場景是什麼?

IO多路複用最大應用場景就是用以設計高併發的事件驅動程式，redis是基於記憶體的資料庫，內部使用IO多路複用處理客戶端高併發請求（連線、命令、回覆）

和redis一樣為了邏輯簡潔、高併發、避免鎖的競爭和上下文切換， mysql 執行緒池、nodejs也是基於IO多路複用理念來設計的事件驅動程式。

IO多路複用的優缺點？

優點：

IO多路複用可以用來設計併發事件驅動程式，相比設計基於多程序、多執行緒的併發伺服器程式來說是比較困難的，利用單執行緒處理多種IO事件使有限的資源利用最大化，避免多執行緒的上下文切換、鎖的競爭。

缺點：

但這樣也帶來了編碼複雜，更大缺點是不能充分體現代多核處理器的優勢，更好做法是IO多路複用結合多執行緒的綜合設計理念來設計你的應用程式。

愛吃豆餅的小胖子哦2020-06-13 10:05:08

IO多路複用（ I/O multiplexing ）指的透過單個執行緒管理多個Sock。

簡單的說，透過一個核心程式，管理多個連線，使用者可以間接監聽很多個連線，而不用建立大量的執行緒/程序，當連線的sock有資料的時候，自然會把哪個sock告訴你，你再進行讀寫操作。

關於I/O多路複用（又被稱為“事件驅動”），首先要理解的是，作業系統為你提供了一個功能，當你的某個socket可讀或者可寫的時候，它可以給你一個通知。這樣當配合非阻塞的socket使用時，只有當系統通知我哪個描述符可讀了，我才去執行read操作，可以保證每次read都能讀到有效資料而不做純返回-1和EAGAIN的無用功。寫操作類似。作業系統的這個功能透過select/poll/epoll/kqueue之類的系統呼叫函式來使用，這些函式都可以同時監視多個描述符的讀寫就緒狀況，這樣，多個描述符的I/O操作都能在一個執行緒內併發交替地順序完成，這就叫I/O多路複用，這裡的“複用”指的是複用同一個執行緒。