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聊聊 Netty 那些事儿之从内核角度看 IO 模型

从内核角度介绍了经常容易混淆的阻塞与非阻塞，同步与异步的概念。以这个作

为铺垫，我们通过一个 C10K 的问题，引出了五种 IO 模型，随后在 IO 多路复用中以技术演

进的形式介绍了 select,poll,epoll 的原理和它们综合的对比。最后我们介绍了两种 IO 线程模

型以及 netty 中的 Reactor 模型。

从今天开始我们来聊聊 Netty 的那些事儿，我们都知道 Netty 是一个高性能异步事件驱动

的网络框架。

它的设计异常优雅简洁，扩展性高，稳定性强。拥有非常详细完整的用户文档。

同时内置了很多非常有用的模块基本上做到了开箱即用，用户只需要编写短短几行代码，

就可以快速构建出一个具有高吞吐，低延时，更少的资源消耗，高性能（非必要的内存拷贝

最小化）等特征的高并发网络应用程序。

本文我们来探讨下支持 Netty 具有高吞吐，低延时特征的基石----netty 的网络 IO 模型。

由 Netty 的网络 IO 模型开始，我们来正式揭开本系列 Netty 源码解析的序幕：

网络包接收流程

帧。虽然 TCP/IP 协议栈分了好几层，但上下不同层之间的传递，实际上只需要操作这个数

据结构中的指针，而无需进行数据复制。

内核线程 ksoftirqd 发现有软中断请求到来，随后调用网卡驱动注册的 poll 函数，poll 函数

将 sk_buffer 中的网络数据包送到内核协议栈中注册的 ip_rcv 函数中。

每个 CPU 会绑定一个 ksoftirqd 内核线程专门用来处理软中断响应。2 个 CPU 时，就会

有 ksoftirqd/0 和 ksoftirqd/1 这两个内核线程。

这里有个事情需要注意下：网卡接收到数据后，当 DMA 拷贝完成时，向 CPU 发出硬中

断，这时哪个 CPU 上响应了这个硬中断，那么在网卡硬中断响应程序中发出的软中断请求

也会在这个 CPU 绑定的 ksoftirqd 线程中响应。所以如果发现 Linux 软中断，CPU 消耗都集

中在一个核上的话，那么就需要调整硬中断的 CPU 亲和性，来将硬中断打散到不通的 CPU

核上去。

在 ip_rcv 函数中也就是上图中的网络层，取出数据包的 IP 头，判断该数据包下一跳的走

向，如果数据包是发送给本机的，则取出传输层的协议类型（TCP 或者 UDP)，并去掉数据

包的 IP 头，将数据包交给上图中得传输层处理。

传输层的处理函数：TCP 协议对应内核协议栈中注册的 tcp_rcv 函数，UDP 协议对应内核

协议栈中注册的 udp_rcv 函数。

当我们采用的是 TCP 协议时，数据包到达传输层时，会在内核协议栈中的 tcp_rcv 函数处

理，在 tcp_rcv 函数中去掉 TCP 头，根据四元组（源 IP，源端口，目的 IP，目的端口）查

找对应的 Socket，如果找到对应的 Socket 则将网络数据包中的传输数据拷贝到 Socket 中的

接收缓冲区中。如果没有找到，则发送一个目标不可达的 icmp 包。

内核在接收网络数据包时所做的工作我们就介绍完了，现在我们把视角放到应用层，当我

们程序通过系统调用 read 读取 Socket 接收缓冲区中的数据时，如果接收缓冲区中没有数据，

那么应用程序就会在系统调用上阻塞，直到 Socket 接收缓冲区有数据，然后 CPU 将内核空

间（Socket 接收缓冲区）的数据拷贝到用户空间，最后系统调用 read 返回，应用程序读取

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