Linux的 網路IO

一、簡介

1、Linux上所有外部裝置都抽象為file。
2、對一個檔案的讀寫會呼叫kernel命令，返回file descriptor (fd)；
3、對一個socket的讀寫會呼叫kernel命令，返回socketfd
4、描述符實際就是一個數字，指向核心中一個結構體（檔案路徑、資料區等一些屬性）

二、Linux 對Socket IO模型的抽象

1、阻塞IO

預設條件，所有file操作都是阻塞的(以socket為例）：：在程序空間中呼叫recvfrom，呼叫在資料包到達並被複制到應用程序的緩衝區中或者發生錯誤返回前 都會等待，即阻塞。

2、非阻塞ＩＯ

程序反覆呼叫recvFrom（輪詢）確認緩衝區資料是否準備好。若沒有準備好，返回EWOULDBLOCK 錯誤， 而當資料準備好後，系統程序開始從核心複製資料到使用者空間。可見，在“等待資料準備就緒”期間，應用程序並不是“阻塞”的狀態，而是不斷“輪詢”的。
（同步非阻塞？）

3、IO複用模型

Linux提供select/poll ，程序通過將一個或多個fd傳給系統的selct /poll 呼叫，阻塞在select操作上，如此，select/poll可偵測多個fd是否處於就緒狀態。

select/poll 順序掃描fd是否就緒，且支援的fd數量有限，因此使用受限。
而epoll：基於事件驅動方式代替順序掃描，效能更好。若有fd就緒，立刻回撥

（注意：IO複用模型中，在等待資料就緒期間，程序會阻塞在select呼叫，等待socket變可讀上；同時在資料從核心複製到使用者空間的過程中，程序依然是阻塞的？？？）

4、訊號驅動ＩＯ

先開啟套介面訊號驅動ＩＯ，再通過系統呼叫ｓｉｇａｃｔｉｏｎ執行訊號處理函式（呼叫後立刻返回，非阻塞的）。當資料準備就緒，為程序生成SIGIO訊號，通過訊號回撥通過recvfrom讀資料，通知主迴圈函式處理資料。

5、AIO

程序告知核心啟動某操作，並讓核心完成整個操作後（包括資料從核心複製到使用者空間）再通知應用程序。
與訊號驅動IO不同的是：訊號驅動IO由核心通知何時開始一個IO；AIO由核心通知何時一個IO已經完成

JavaNIO是基於epoll的多路複用技術。

三、IO多路複用

多個client接入請求，可以利用多執行緒或者IO多路複用技術處理。
後者，是通過把多個IO的阻塞複用到同一個select阻塞上，從而使系統在單執行緒情況下能同時處理多個客戶端請求。
與傳統多執行緒或多程序模型相比： 不需要額外建立程序、執行緒，也不需要維護這些程序、執行緒，降低系統維護量、系統開銷。

IO多路複用的場景：
1）伺服器同時處理多個監聽中、多個連線狀態的套接字
2）伺服器要同時處理多種網路協議的套接字

Linux中支援IO多路複用的有select pselect poll epoll ，最終還是選擇了epoll .epoll好處：
1）支援一個程序開啟的fd不受限制（當然小於OS的最大支援控制代碼）
select最大缺陷：單程序開啟的程序FD有限制，預設1024.對於要支援萬個TCP的伺服器來說太少。
cat /proc/sys/fs/file -max 看最大控制代碼，1G記憶體機器約10W控制代碼
2）IO不隨FD數目增加線性下降
傳統select/poll：socket集合很大，由於網路延時、鏈路空閒，少部分socket活躍，select/poll
線性掃描，效率線性下降。
epoll只對活躍的socket操作：：**epoll根據fd上的callback函式實現，只有活躍的socket才主動呼叫
callback，idle的socket不會。如此，epoll 實現了偽AIO**。
當活躍socket多時，select/poll效率比epoll更高，當活躍socket少時，epoll效率更高
3）使用mmap加速核心與使用者空間的訊息。
epoll通過核心和使用者空間mmap同一塊記憶體來實現
4）epoll ＡＰＩ比較簡單

四、JavaＩＯ演進

Java4 -NIO
Java7 -NIO 2.0 ::提供AIO，非同步操作檔案、socket