解析Linux高性能网络IO和Reactor模型
在零拷贝机制篇章已介绍过 用户空间和内核空间和缓冲区，这里就省略了
二、网络IO的读写过程 当在用户空间发起对socket套接字的读操作时，会导致上下文切换，用户进程阻塞（R1）等待网络数据流到来，从网卡复制到内核；（R2）然后从内核缓冲区向用户进程缓冲区复制。此时进程切换恢复，处理拿到的数据 这里我们给socket读操作的第一阶段起个别名R1，第二阶段称为R2 当在用户空间发起对socket的send操作时，导致上下文切换，用户进程阻塞等待（1）数据从用户进程缓冲区复制到内核缓冲区。数据copy完成，此时进程切换恢复三、Linux五种网络IO模型3.1、阻塞式I/O (blocking IO)ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,unsigned int flags, struct sockaddr *from,socket_t *fromlen);
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
1）使用copy_from_user从用户空间拷贝fd_set到内核空间
2）注册回调函数__pollwait
3）遍历所有fd，调用其对应的poll方法（对于socket，这个poll方法是sock_poll，sock_poll根据情况会调用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll）
4）以tcp_poll为例，其核心实现就是__pollwait，也就是上面注册的回调函数
5）__pollwait的主要工作就是把current（当前进程）挂到设备的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列，对于tcp_poll来说，其等待队列是sk->sk_sleep（注意把进程挂到等待队列中并不代表进程已经睡眠了）。在设备收到一条消息（网络设备）或填写完文件数据（磁盘设备）后，会唤醒设备等待队列上睡眠的进程，这时current便被唤醒了
6）poll方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的mask掩码，根据这个mask掩码给fd_set赋值
7）如果遍历完所有的fd，还没有返回一个可读写的mask掩码，则会调用schedule_timeout是调用select的进程（也就是current）进入睡眠
8） 当设备驱动发生自身资源可读写后，会唤醒其等待队列上睡眠的进程。如果超过一定的超时时间（timeout指定），还是没人唤醒，则调用select的进程会重新被唤醒获得CPU，进而重新遍历fd，判断有没有就绪的fd
9）把fd_set从内核空间拷贝到用户空间
select的缺点：
每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大 同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大 select支持的文件描述符数量太小了，默认是10244.2、epollint epoll_create(int size); int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout); 调用epoll_create，会在内核cache里建个红黑树用于存储以后epoll_ctl传来的socket，同时也会再建立一个rdllist双向链表用于存储准备就绪的事件。当epoll_wait调用时，仅查看这个rdllist双向链表数据即可 epoll_ctl在向epoll对象中添加、修改、删除事件时，是在rbr红黑树中操作的，非常快 添加到epoll中的事件会与设备(如网卡)建立回调关系，设备上相应事件的发生时会调用回调方法，把事件加进rdllist双向链表中；这个回调方法在内核中叫做ep_poll_callback
epoll的两种触发模式：
epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式，LT是默认的模式，ET是“高速”模式（只支持no-block socket）
LT（水平触发）模式下，只要这个文件描述符还有数据可读，每次epoll_wait都会触发它的读事件 ET（边缘触发）模式下，检测到有I/O事件时，通过 epoll_wait 调用会得到有事件通知的文件描述符，对于文件描述符，如可读，则必须将该文件描述符一直读到空（或者返回EWOULDBLOCK），否则下次的epoll_wait不会触发该事件4.3、epoll相比select的优点解决select三个缺点：
对于第一个缺点：epoll的解决方案在epoll_ctl函数中。每次注册新的事件到epoll句柄中时（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），会把所有的fd拷贝进内核，而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次(epoll_wait不需要复制) 对于第二个缺点：epoll为每个fd指定一个回调函数，当设备就绪，唤醒等待队列上的等待者时，就会调用这个回调函数，而这个回调函数会把就绪的fd加入一个就绪链表。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd(不需要遍历) 对于第三个缺点：epoll没有这个限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048，举个例子，在1GB内存的机器上大约是10万左右，一般来说这个数目和系统内存关系很大epoll的高性能：
epoll使用了红黑树来保存需要监听的文件描述符事件，epoll_ctl增删改操作快速 epoll不需要遍历就能获取就绪fd，直接返回就绪链表即可 linux2.6 之后使用了mmap技术，数据不在需要从内核复制到用户空间，零拷贝4.4、关于epoll的IO模型是同步异步的疑问概念定义：
同步I/O操作：导致请求进程阻塞，直到I/O操作完成 异步I/O操作：不导致请求进程阻塞，异步只用处理I/O操作完成后的通知，并不主动读写数据，由系统内核完成数据的读写 阻塞，非阻塞：进程/线程要访问的数据是否就绪，进程/线程是否需要等待异步IO的概念是要求无阻塞I/O调用。前面有介绍到I/O操作分两阶段：R1等待数据准备好。R2从内核到进程拷贝数据。虽然epoll在2.6内核之后采用mmap机制，使得其在R2阶段不需要复制，但是它在R1还是阻塞的。因此归类到同步IO
五、Reactor模型Reactor的中心思想是将所有要处理的I/O事件注册到一个中心I/O多路复用器上，同时主线程/进程阻塞在多路复用器上；一旦有I/O事件到来或是准备就绪，多路复用器返回，并将事先注册的相应I/O事件分发到对应的处理器中
5.1、相关概念介绍 事件：就是状态；比如：读就绪事件指的是我们可以从内核读取数据的状态 事件分离器：一般会把事件的等待发生交给epoll、select；而事件的到来是随机，异步的，所以需要循环调用epoll，在框架里对应封装起来的模块就是事件分离器（简单理解为对epoll封装） 事件处理器：事件发生后需要进程或线程去处理，这个处理者就是事件处理器，一般和事件分离器是不同的线程5.2、Reactor的一般流程1）应用程序在事件分离器注册读写就绪事件和读写就绪事件处理器
2）事件分离器等待读写就绪事件发生
3）读写就绪事件发生，激活事件分离器，分离器调用读写就绪事件处理器
4）事件处理器先从内核把数据读取到用户空间，然后再处理数据
1）应用程序在事件分离器注册读完成事件和读完成事件处理器，并向系统发出异步读请求
2）事件分离器等待读事件的完成
3）在分离器等待过程中，系统利用并行的内核线程执行实际的读操作，并将数据复制进程缓冲区，最后通知事件分离器读完成到来
4）事件分离器监听到读完成事件，激活读完成事件的处理器
5）读完成事件处理器直接处理用户进程缓冲区中的数据
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