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网络编程 Unix五种 IO模型
阅读量:332 次
发布时间:2019-03-04

本文共 1682 字,大约阅读时间需要 5 分钟。

服务端如何处理一条请求?

当客户端向服务器发送请求时,服务器端的处理过程通常可以分为以下几个步骤:

  • 获取请求数据:服务器首先需要接收客户端的连接请求,并读取请求中的数据。这个过程通常发生在服务器的内核空间,通过套接字接收数据。

  • 构建响应:一旦服务器接收到完整的请求数据,服务器会在用户空间处理请求,直到构建响应完成。这个阶段可能会涉及到与数据库的交互、业务逻辑的执行等。

  • 返回数据:当响应构建完成后,服务器将其从内核空间返回给客户端,通常通过网络I/O模块完成。


  • 服务器如何管理连接和获取输入数据?

    高性能、高并发的服务器端需要有效地管理大量连接和输入数据。主要的技术点包括:

  • 连接管理:服务器需要能够高效地管理大量的客户端连接。常用的方法包括使用多线程模型或I/O复用模型。

  • 输入数据处理:服务器需要能够高效地读取客户端发送的数据。传统的阻塞I/O模型可能会导致进程阻塞,进而影响服务器的性能。因此,采用非阻塞I/O或I/O复用模型可以更好地应对高并发场景。


  • I/O 模型的基本概念

    在网络编程中,I/O模型的选择对服务器的性能和效率有着重要影响。以下是几种常见的I/O模型的基本概念:

  • 阻塞调用:在阻塞调用中,当前线程会被挂起,直到I/O操作完成后才会返回结果。这种方式简单易行,但可能导致线程被阻塞,进而影响服务器的响应速度。

  • 非阻塞调用:非阻塞调用允许线程在I/O操作无法立即完成时立即返回,并继续执行其他任务。这种方式提供了更高的并发性,但可能会导致CPU占用率过高。

  • 同步处理:在同步处理中,被调用方只有在获得最终结果后才会返回。这种方式简单,但可能无法充分利用硬件资源。

  • 异步处理:在异步处理中,被调用方先返回,而是在完成后通过某种机制通知调用方结果。这种方式提供了更高的灵活性,但实现复杂度较高。


  • 阻塞与非阻塞与同步与异步的区别

    • 阻塞与非阻塞:讨论的是调用方的状态。
    • 同步与异步:讨论的是被调用方的行为。

    在网络输入操作中,通常涉及两个阶段:

  • 等待数据从网络中传输过来。
  • 将数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。

  • BIO (阻塞I/O) 模型

    在阻塞I/O模型中,应用程序会在从套接字调用recvfrom开始到返回数据之前被阻塞。这种方式简单,但在高并发场景下可能不够高效。

    优点:

    • 进程在等待数据时不会占用CPU资源。
    • 实现简单。

    缺点:

    • 每个连接都需要独立的线程,导致内存占用和线程切换开销较大。

    非阻塞I/O模型

    在非阻塞I/O模型中,套接字被设置为非阻塞模式,I/O操作立即返回,但需要轮询数据是否准备好。这会导致CPU占用率较高,但提供了更高的实时性。

    优点:

    • 不会阻塞在内核等待数据。
    • I/O操作立即返回,适合实时性要求高的情况。

    缺点:

    • 轮询操作会占用大量CPU资源,导致系统资源利用率较低。

    I/O 复用模型(I/O Multiplexing)

    I/O复用模型使用selectpoll函数,允许单个线程同时等待多个I/O描述符。这种方式与传统的多线程模型相比,节省了线程切换的开销。

    优点:

    • 基于一个阻塞对象处理多个描述符。
    • 节省系统资源。

    缺点:

    • 在连接数较少时效率较低,可能延迟更大。

    信号驱动式I/O模型

    信号驱动式I/O模型通过安装信号处理函数,允许进程在等待I/O操作完成时继续执行其他任务。当I/O事件发生时,内核通过信号通知应用程序。

    优点:

    • 线程不被阻塞,提高了资源利用率。

    缺点:

    • 信号通知可能耗费大量资源,尤其是在高负载情况下。

    异步I/O模型(AIO)

    异步I/O模型的主要特点是由内核通知应用程序I/O操作何时完成。这种模型利用DMA特性,能够充分利用硬件资源。

    优点:

    • I/O操作与计算重叠,提升效率。
    • 适合需要高吞吐量和低延迟的场景。

    缺点:

    • 实现复杂,目前Windows下通过IOCP实现了真正的异步I/O。

    五种I/O模型总结

    五种I/O模型中,前四种属于同步I/O,因为它们都涉及到进程在等待I/O操作完成时被阻塞。而异步I/O模型则与POSIX定义的异步I/O相匹配,提供了更高的灵活性和效率。

    转载地址:http://cxqq.baihongyu.com/

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