多路复用器

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-12-11 03:15 131阅读 0赞

### 多路复用器 ###

*   *   *  基本知识
         *   *  多进程/多线程连接处理模型
             *  多路复用连接处理模型
         *  工作原理
         *   *  select
             *  poll
             *  epoll
             *   *  LT模式
                 *  ET模式

### 基本知识 ###

#### 多进程/多线程连接处理模型 ####

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在该模型下，一个用户连接请求会由一个内核进程处理，而一个内核进程会创建一个应用程序进程，即app进程来处理该连接请求。应用程序进程在调用IO时，采用的是BIO（阻塞IO）通讯方式，即应用程序进程在未获取到IO响应之前是处于阻塞态的。

> 优点
> 
>  *  内核进程不存在对app进程的竞争，一个内核进程对应一个app进程
> 
> 缺点
> 
>  *  若请求很多，需要创建很多的app进程
>  *  一个系统的进程数量是有上限的，所以该模型不能处理高并发的情况
>  *  app进程中使用的用户连接请求数据是复制于内核进程的，没有使用零拷贝，效率低，消耗系统资源

#### 多路复用连接处理模型 ####

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-djg0iWCu-1601220469498)(C:\\Users\\bbxyl\\Desktop\\nginx\\image-20200927225714285.png)\]][img-djg0iWCu-1601220469498_C_Users_bbxyl_Desktop_nginx_image-20200927225714285.png]  
在该模型下，只有一个app进程来处理内核进程事务，且app进程一次只能处理一个内核进程事务。故这种模型对于内核进程来说，存在对app进程的竞争。

在该模型下，需要通过`多路复用器`来获取各个内核进程的状态信息，将已经就绪的内核进程交由app进程执行

**多路复用器**通过算法分析获取内核进程的状态，常见的算法有三种：`select`、`poll`、`epoll`

> 在该模型下，app进程采用的是NIO通讯方式，即该app进程不会阻塞。
> 
> 当一个IO结果返回时，app进程会暂停当前事务，将IO结果返回给对应的内核进程。然后再继续执行暂停的线程。

### 工作原理 ###

#### select ####

`select多路复用器`是采用**轮询**的方式，一直在轮询所有的相关内核进程，查看它们的进程状态。若已经就绪，则马上将该内核进程放入到就绪队列（该就绪队列底层由**数组**实现）。否则，继续查看下一个内核进程状态。在处理内核进程事务之前，app进程首先会从内核空间中将用户连接请求相关数据复制到用户空间。  
该多路复用器的缺陷有以下几点：

*  对所有内核进程采用轮询方式效率会很低。因为对于大多数情况下，内核进程都不属于就绪状态，只有少部分才会是就绪态。所以这种轮询结果大多数都是无意义的
 *  由于就绪队列底层由数组实现，所以其所能处理的内核进程数量是有限制的，即其能够处理的最大并发连接数量是有限制的
 *  从内核空间到用户空间的复制，系统开销大。

#### poll ####

`poll多路复用器`的工作原理与select几乎相同，不同的是，由于其就绪队列由**链表**实现，所以，其对于要处理的内核进程数量理论上是没有限制的，即其能够处理的最大并发连接数量是没有限制的（当然，要受限于当前系统中进程可以打开的最大文件描述符数ulimit）。

#### epoll ####

`epoll多路复用器`是对select与poll的增强与改进。其不再采用轮询方式了，而是采用**回调方式**实现对内核进程状态的获取：一旦内核进程就绪，其就会回调epoll多路复用器，进入到多路复用器的就绪队列（由**链表**实现）。所以epoll多路复用模型也称为`epoll事件驱动模型`。  
另外，应用程序所使用的数据，也不再从内核空间复制到用户空间了，而是使用**mmap零拷贝机制**，大大降低了系统开销。

> 问：当内核进程就绪信息通知了epoll多路复用器后，多路复用器就会马上对其进行处理，将其马上存放到就绪队列吗？
> 
> 答：不是的。根据处理方式的不同，可以分为两种处理模式：`LT模式`与`ET模式`。

##### LT模式 #####

`LT，Level Triggered，水平触发模式`即只要内核进程的就绪通知由于某种原因暂时没有被epoll处理，则该内核进程就会定时将其就绪信息通知epoll。直到epoll将其写入到就绪队列，或由于某种原因该内核进程又不再就绪而不再通知。其支持两种通讯方式：BIO与NIO。

##### ET模式 #####

`ET，Edge Triggered，边缘触发模式`其仅支持NIO的通讯方式。当内核进程的就绪信息仅会通知一次epoll，无论epoll是否处理该通知。明显该方式的效率要高于LT模式，但其有可能会出现就绪通知被忽视的情况，即连接请求丢失的情况。

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