前兩篇文章我們用面向?qū)ο?/a>的思想，分析了一個操作系統(tǒng)的基本構(gòu)成和設(shè)計思路檀夹。今天我們繼續(xù)來聊Web和應(yīng)用服務(wù)器的設(shè)計筋粗，聊一下怎么高效的利用網(wǎng)絡(luò)IO和CPU資源。
Socket對象
上一篇我們聊到击胜，操作系統(tǒng)通過核心表中的對象來管理網(wǎng)絡(luò)IO亏狰，這個對象就是Socket類。我們來看一下整個讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)的過程偶摔。
我們把Socket對象比作快遞公司，他幫助大家收發(fā)各種快件促脉。Socket的IP辰斋、端口號和進程ID等信息就是貨物的具體地址。當(dāng)我們寄送快遞的時候瘸味，快遞員上門取貨宫仗，但是他不會直接送往目的地，而是先送往中轉(zhuǎn)站旁仿。為什么要這么做藕夫，因為把發(fā)往同一個地點的貨物合并發(fā)送，當(dāng)然效率更高枯冈。Socket發(fā)送數(shù)據(jù)也是如此毅贮，他會先將數(shù)據(jù)發(fā)送到緩沖區(qū)中，然后再一起發(fā)送尘奏。
同樣滩褥，收快遞的時候，貨物也會先發(fā)送到配送點炫加，然后再由快遞員送貨上門瑰煎。Socket接收數(shù)據(jù)也是如此，會先存在緩沖區(qū)中俗孝。我們上一篇聊過酒甸，核心對象的數(shù)據(jù)是存在核心態(tài)地址空間中，用戶進程是沒法直接讀取的赋铝。我們需要把數(shù)據(jù)從核心態(tài)拷貝到用戶態(tài)插勤，才可以訪問。
高效Socket讀取
Socket的讀取和寫入默認都是同步的過程，對用戶線程來說就是阻塞的饮六。發(fā)送數(shù)據(jù)的情況還好其垄，不會等待多久；讀取數(shù)據(jù)就比較尷尬卤橄，因為我們不知道對方什么時候會發(fā)送數(shù)據(jù)绿满，也就不知道要等多久；對一個高性能的Web或者應(yīng)用服務(wù)器來說窟扑，解決這個問題就是最重要的喇颁。下面我們看看對這塊的解決方案是怎么演化的。
同步阻塞模型
最簡單的方式就是同步阻塞式讀取嚎货。對應(yīng)到服務(wù)器設(shè)計上橘霎，每來一個網(wǎng)絡(luò)請求，我們就生成一個線程來服務(wù)殖属。沒有請求數(shù)據(jù)的時候姐叁，這個線程就阻塞著。這就是同步阻塞模型洗显。
同步阻塞模型最大的問題就是外潜，沒有數(shù)據(jù)的時候也要無謂的等待。這種設(shè)計的確會浪費線程和Socket資源挠唆，但是這種模型足夠簡單处窥，開發(fā)容易。如果并發(fā)量并不大的情況玄组，可以考慮采用滔驾。
同步非阻塞模型
我們改進一下，在讀取數(shù)據(jù)之前俄讹，先檢測一下哆致，如果這時沒有數(shù)據(jù)，就先去干點別的颅悉。這就是同步非阻塞模型沽瞭。
采用這個模型，只需要Socket讀取數(shù)據(jù)的時候設(shè)置成非阻塞就可以剩瓶。但是這種模型缺點也很大驹溃，每個用戶線程總要輪詢?nèi)z測，如果一直沒有數(shù)據(jù)延曙，就白白浪費了計算資源豌鹤。
多路復(fù)用模型
再優(yōu)化一下，如果我們只用一個線程去做所有Socket的檢測工作枝缔，當(dāng)真正有數(shù)據(jù)到達的時候布疙，再提醒用戶線程去處理蚊惯。這樣就很好的解決了同步非阻塞模型的缺點。這就是多路復(fù)用模型灵临。Linux的epoll就是這樣的方式截型。
這里我們要考慮一點，多路復(fù)用模型只有一個線程做檢測工作儒溉，增加了服務(wù)器處理請求的能力宦焦，但是如果并發(fā)量并不大的時候，其實性能并沒有提高顿涣。
異步模型
前面所說的各種模型波闹，都需要我們自己做大量的工作。有沒有一種方式涛碑，讓操作系統(tǒng)把全部工作承包了呢精堕。當(dāng)然是有的。操作系統(tǒng)來監(jiān)聽Socket蒲障，當(dāng)有數(shù)據(jù)到來時歹篓，讀取這個數(shù)據(jù)，拷貝數(shù)據(jù)到用戶態(tài)進程空間揉阎，完成這一切工作后滋捶，再來告知我們。這就是異步模型余黎，Windows操作系統(tǒng)的完成端口模式就是這樣的方式。
總結(jié)一下载萌，對服務(wù)器設(shè)計來說惧财，高效管理網(wǎng)絡(luò)IO和CPU資源很重要，我們聊了4種不同的模型設(shè)計扭仁。
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