Netty学习——基础篇1（同步阻塞IO-BIO）备份

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#Netty #阻塞IO #IO模型 #非阻塞IO #epoll #多路复用

于 2024-02-26 10:45:00 首次发布

1 Linux网络I/O模型简介

1.1 简述

Linux的内核将所有外部设备都看做一个文件来操作，对一个文件的读写操作会调用内核提供的命令，返回一个file descriptor(fd，文件描述符)。而对一个socket的读写也会有相应的描述符，称为socketfd(socket描述符)，描述符就是一个数字，它指向内核中的一个结构体（文件路径，数据区等一些属性）。根据UNIX网络编程对I/O模型的分类，UNIX提供了五种I/O模型。

1.2 五种I/O模型介绍

阻塞I/O模型：

最常用的I/O模型就是阻塞I/O模型，缺省情况下，所有文件操作都是阻塞的。以套接字接口为例来讲解此模型：在进程空间中调用recvfrom，其系统调用直到数据包到达且被复制到应用进程的缓冲区或者发生错误时才返回，再次期间一直会等待，进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内都是被阻塞的，因此成为阻塞I/O模型模型。如下图所示：

非阻塞 I/O模型：

recvfrom从应用层到内核的时候，如果该缓冲区没有数据的话，就直接返回一个EWOULDBLOCK错误，一般都对非阻塞模型进行轮询检查这个状态，看内核是否有数据到来，如下图：

I/O复用模型：

Linux提供select/poll，进程通过将一个或多个fd传递给select或poll系统调用，阻塞在select操作上，这样select/poll可以帮我们侦测多个fd是否处于就绪状态状态。select/poll是顺序扫描fd是否就绪，而且支持df数量有限，因此它的使用受到了一些限制。Linux还提供了一个epoll系统调用，epoll使用基于时间驱动方式代替顺序扫描，因此性能更高。当有fd就绪时，立即回调函数，如下图：

信号驱动I/O模型

首先开启套接口信号驱动I/O功能，并通过系统调用sigaction执行一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。当数据准备就绪时，就为该进程生成一个SIGIO信号，通过信号回调通知应用程序调用recvfrom来读取数据，并通过主循环函数处理数据，如下图：

异步I/O

告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后（包括将数据从内核复制到用户自己的缓冲区）通知我们。这种模型与信号驱动模型的主要区别是：信号驱动I/O由内核通知我们何时可以开始一个I/O操作；异步I/O模型由内核通知我们I/O操作何时已完成，如下图：

1.3 I/O多路复用技术

在I/O编程过程中，当需要同时处理多个客户端接入请求时，可以利用多线程或者I/O多路复用技术进行处理。I/O 多路复用技术通过把多个I/O 的阻塞复用到同一个select的阻塞上，从而使得系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。与传统的多线程/多进程模型相比，I/O 多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不需要创建新的额外进程或者线程，也不需要维护这些进程和线程的运行，降低了系统的维护工作量，节省了系统资源，I/O 的主要应用场景如下：

1、服务器需要同时处理多个处于监听状态或者多个连接状态的套接字

2、服务器需要同时处理多种网络协议的套接字。

目前支持I/O 多路复用的系统调用有select、pselect、poll、epoll，在Linux网络编程过程中，很长一段时间都使用select做轮询和网络事件通知，然而select的一些固有缺陷导致了它的应用受到很大限制，最终Linux选择了epoll。epoll与select的原理比较类型，为了克服select的缺点，epoll做了很多重大改进。总结如下：

1、支持一个进程打开的socket描述符不受限制（仅受限于操作系统的最大文件句柄数）。

select最大缺陷就是单个进程能够打开的fd是有一定限制的，它由FD_SET