龙岗企业网站建设,html5 网站建设,最简洁 wordpress主题,招聘网页制作课程设计参考资料 #xff1a;极客时间 Redis#xff08;亚风#xff09;
前置知识
系统隔离 为了避免⽤户应⽤导致冲突甚⾄内核崩溃#xff0c;⽤户应⽤与内核是分离的#xff1a; 进程的寻址空间会划分为两部分#xff1a;内核空间、⽤户空间 • ⽤户空间只能执⾏受限的命令极客时间 Redis亚风
前置知识
系统隔离 为了避免⽤户应⽤导致冲突甚⾄内核崩溃⽤户应⽤与内核是分离的 进程的寻址空间会划分为两部分内核空间、⽤户空间 • ⽤户空间只能执⾏受限的命令Ring3⽽且不能直接调⽤系统资源必 须通过内核提供的接⼝来访问 • 内核空间可以执⾏特权命令Ring0)调⽤⼀切系统资源 缓冲区 Linux系统为了提⾼IO效率会在⽤户空间和内核空间都加⼊缓冲区 • 写数据时要把⽤户缓冲数据拷⻉到内核缓冲区然后写⼊设备 • 读数据时要从设备读取数据到内核缓冲区然后拷⻉到⽤户缓冲区 这里的数据交互采用不同的模型就会有不同的性能因而也诞生了一些网络IO模型。
IO模型
阻塞IO 非阻塞IO ⽆论是阻塞IO还是⾮阻塞IO⽤户应⽤在⼀阶段都需要调⽤recvfrom来获取数据差别在于⽆数据时的理⽅案 • 如果调⽤recvfrom时恰好没有数据阻塞IO会使进程阻塞⾮阻塞IO使CPU空转都不能充分发挥CPU的作⽤。 • 如果调⽤recvfrom时恰好有数据则⽤户进程可以直接进⼊第⼆阶段读取并处理数据。
IO多路复用
文件表述符的概念
⽂件描述符File Descriptor简称FD是⼀个从0开始递增的⽆符号整数⽤来关联Linux中的⼀个⽂件。在Linux中⼀切皆⽂件例如常规⽂件、视频、硬件设备等当然也包括⽹络套接字 (Socket)。 IO多路复⽤是利⽤单个线程来同时监听多个FD并在某个FD可读、可写时得到通知从⽽避免⽆效的等待充分利⽤CPU资源。
区间听FD有三种实现方式
1 select Sekect的结构
typedef struct {// ⻓度为 1024/32 32// 共1024个bit位每个bit位代表⼀个fd0代表未就绪1代表就绪int fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS]
} fd_set
// select函数⽤于监听多个fd的集合
int select(
int nfds//要监视的fd_set的最⼤fd 1
fd_set *readfds, //要监听读事件的fd集合
fd_set *writefds, // 要监听写事件的fd集合
fd_set *exceptfds// 要监听异常事件的fd集合
//超时时间null-永不超时0-不阻塞等待⼤于0-固定等待时间
struct timeval *timeout);select模式存在的问题 • 需要将整个fd_set从⽤户空间拷⻉到内核空间select结束还要再次拷⻉回⽤户空间 • select⽆法得知具体是哪个fd就绪需要遍历整个fd_set • fd_set监听的fd数量不能超过1024因为32个int,每个int 4 * 8 32 位总共1024位。 2 poll
#define POLLIN //可读事件
#define POLLOUT //可写事件
#define POLLERR //错误事件
// pollfd结构
struct pollfd {int fd; //要监听的fdshort int events/*要监听的事件类型读、写、异常*/short int revents;/* 实际发⽣的事件类型*/
}
// poll函数
int poll(
struct pollfd *fds// pollfd数组可以⾃定义⼤⼩
nfds_t nfds, //数组元素个数
int timeout) // 超时时间1 创建pollfd数组向其中添加关注的fd信息 2 调⽤poll函数将pollfd数组拷⻉到内核空间转链表存储内核要求转换为链表 3 内核遍历fd判断是否就绪 4 数据就绪或超时后拷⻉pollfd数组到⽤户空间返回就绪fd数量n 5 判断n是否⼤于0⼤于0则遍历pollfd数组找到就绪的fd
与select对⽐
整体过程和Select大同小异。结构优化了一些但是还是需要遍历fd_set.
select模式中的fd_set⼤⼩固定为1024⽽pollfd⽆上限监听FD越多每次遍历消耗时间也越久性能反⽽会下降。
3 epoll
struct eventpoll {struct rb_root rbr//红⿊树记录要监听的FDstruct list_head rdlist;// 链表记录就绪的FD}//1.会在内核创建eventpoll结构体返回对应的句柄epfdint epoll_create(int size)//2.将⼀个FD添加到epoll的红⿊树中并设置ep_poll_callback// callback触发时就把对应的FD加⼊到rdlist这个就绪列表中int epoll_ctl(int epfd, // epoll实例的句柄int op, //要执⾏的操作包括ADD、 MOD、 DELint fd//要监听的FDstruct epoll_event *event // 要监听的事件类型读、写、异常等)//3.循环检查rdlist列表是否为空不为空则返回就绪的FD的数量int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event *events, //event数组⽤于接收就绪的FD 属于用户空间int maxevents, // events数组的最⼤⻓度int timeout //超时时间-1不超时0不阻塞⼤于0为阻塞时间))具体流程
三种模式的对比 select模式存在的三个问题
• 能监听的FD最⼤不超过1024
• 每次select都需要把所有要监听的FD都拷⻉到内核
• 每次都要遍历所有FD来判断就绪状态
poll模式的问题
• poll利⽤链表解决了select中监听FD上限的问题但依然要遍历所有FD如
果监听较多性能会下降
epoll模式中如何解决这些问题的
• 基于epoll实例中的红⿊树保存要监听的FD增删改查效率⾮常⾼
• 每个FD只需要执⾏⼀次epollctl添加到红⿊树⽆需重复拷⻉FD到内核空间
• 内核会将就绪的FD直接拷⻉到⽤户空间的指定位置⽤户进程⽆需遍历所有FD就能知道就绪的FD是谁当FD有数据可读时我们调⽤epollwait就可以得到通知。但是事件通知的模式
有两种
LevelTriggered简称LT。当FD有数据可读时会重复通知多次直⾄数据处理完成。是Epoll的默认模式。
EdgeTriggered简称ET。当FD有数据可读时只会被通知⼀次不管数据是否处理完成。
ET模式避免了LT模式可能出现的惊群现象(就比如有多个进程监听了FD这个FD一旦通知就会唤醒所有的进程但是实际只需要一个进程来处理。)
ET模式最好结合⾮阻塞IO读取FD数据相⽐LT会复杂。
信号驱动IO
信号驱动IO是与内核建⽴SIGIO的信号关联并设置回调当內核有FD就绪时会发出SIGIO信号通知⽤户期间⽤户应⽤可以执⾏其它业务⽆需阻塞等待。
存在的问题当有⼤量lO操作时信号较多SIGlO处理函数不能及时处理可能导致信号队列溢出⽽且内核空间与⽤户空间的频繁信号交互性能也较低。
AIO异步IO
AIO的整个过程都是⾮阻塞的⽤户进程调⽤完异步API后就可以去做其它事情内核等待数据就绪并拷⻉到⽤户空间后才会递交信号通知⽤户进程。 IO操作是同步还是异步关键看数据在内核空间与⽤户空间的拷⻉过程数据读写的IO操作
总结在Redis里面采用了IO多路复用具体是epoll这种模式来实现。后面的信号IO 和 AIO虽然比较理想但是目前使用起来还有一些问题。
