I:O多路复用(多路转接)1

I/O多路复用是一种操作系统提供的机制，允许程序同时监视多个文件描述符（FDs），等待它们准备就绪以便进行I/O操作，而无需为每个描述符创建单独的线程或进程。这种技术在处理大量并发连接时尤其有用，如在服务器应用中，可以高效地利用系统资源，特别是CPU和内存。 1. **I/O模型概述** - 同步与异步：同步I/O操作会导致调用者阻塞，直到操作完成；异步I/O则不会，调用者可以继续执行其他任务。 - 阻塞与非阻塞：阻塞I/O会一直等待数据准备就绪，而非阻塞I/O在数据未准备好时立即返回错误。 2. **I/O多路复用的具体方法** - **select**：是最早的多路复用函数，它可以监视文件描述符集合，当至少有一个描述符准备好读、写或异常时返回。但它的限制在于，最多只能监视1024个文件描述符，且在所有FDs中轮询效率较低。 - **poll**：比select更灵活，没有描述符数量限制，使用struct pollfd结构体来表示每个待监控的事件。poll的性能通常优于select，因为它可以动态扩展监控的文件描述符集。 - **epoll**：是Linux内核提供的一种更高效的方法，它通过epoll_create创建一个epoll实例，然后使用epoll_ctl添加、删除和修改监控的文件描述符。epoll_wait等待事件发生并返回就绪的描述符。epoll的性能优势在于其“边缘触发”（ET）模式，以及内核与用户空间的数据共享，减少了上下文切换。 3. **CPU利用率** - I/O多路复用提高了CPU效率，因为它们允许单个线程或进程同时处理多个I/O请求，减少了线程切换和上下文切换的开销。 - select和poll在等待期间会阻塞CPU，而epoll通过使用水平触发（LT）和边缘触发（ET）模式，可以避免不必要的轮询，进一步提高CPU效率。 4. **内存管理** - 由于epoll能够处理大量文件描述符，因此可能会占用更多内存，尤其是在使用ET模式时，需要更多的内存来存储已就绪但未被处理的事件。 - 但是，相比于创建大量线程或进程，多路复用通常能更有效地利用内存资源。 5. **适用场景** - 多路复用适用于需要高并发、低延迟的网络服务，如HTTP服务器、数据库服务器和实时通信服务等。 - 对于小规模并发或对实时性要求不高的应用，简单的阻塞I/O可能就足够了。 总结起来，I/O多路复用是Linux系统中处理并发I/O的关键技术，通过select、poll和epoll等方式，可以在单个进程内高效地管理大量并发连接，降低CPU和内存消耗，提高系统的整体性能和可伸缩性。在选择哪种多路复用方式时，需要根据具体的应用需求和资源限制来决定。