前两天睡不着的时候想到有次面试

Q： Redis 最多支持多少连接？
A: 65535? (其实不对)
Q: 不是这个，巴拉巴拉
然后我开始走神了，后面想想他想说的是这个 select/epoll
心情难以言表，不过正好今天水一下

What is I/O

IO (Input/Output，输入/输出)即数据的读取（接收）或写入（发送）操作，通常用户进程中的一个完整IO分为两阶段：
用户进程空间<–>内核空间、内核空间<–>设备空间（磁盘、网络等）。
IO有内存IO、网络IO和磁盘IO三种

What is I/O Model

一般来说分为五种类型：

  • Blocking IO 阻塞IO
    在 I/O 操作完成之前，应用程序会一直阻塞等待。
  • NonBlocking IO 非阻塞IO
    应用程序不会阻塞等待 I/O 操作完成，可以继续执行其他操作。
  • IO Multiplexing IO复用
    一个线程可以同时监视多个 I/O 操作的状态，当有 I/O 操作完成时，内核会通知该线程。
  • Signal-Driven 信号驱动
    应用程序使用信号来处理 I/O 操作。当 I/O 操作完成时，操作系统会向应用程序发送信号。
  • Asynchornous IO 异步IO
    应用程序在发出 I/O 操作后，无需等待 I/O 操作完成，可以立即返回。当 I/O 操作完成后，操作系统会通知应用程序。

这里阻塞，非阻塞，同步/异步并不是一个概念：

  • 阻塞/非阻塞： 是针对 调用方 的概念，指的是调用方在调用某个函数或方法时，是否会一直等待结果返回。
  • 同步/异步：针对 操作 的概念，指的是操作是否会立即返回。
  • 关系：
    • 阻塞通常是同步的，因为调用方会一直等待结果返回，所以操作也无法立即返回
    • 非阻塞操作可以是同步的，也可以是异步的
      • 非阻塞同步操作会立即返回，但结果会在某个时间点返回
      • 非阻塞异步操作不会立即返回，结果会在操作完成后返回

两句话说不清的话就很难聊了

Conclusion

多路复用技术出现前，应用程序通常使用 阻塞式 I/O 模型来处理 I/O 操作。阻塞式 I/O 模型的缺点是：

  • 效率低下：当应用程序执行 I/O 操作时，会一直阻塞等待 I/O 操作完成，期间无法执行其他操作。
  • 无法处理并发：应用程序只能同时处理一个 I/O 操作，无法同时处理多个 I/O 操作。

为了解决阻塞式 I/O 模型的缺点，人们提出了 非阻塞式 I/O 模型。非阻塞式 I/O 模型允许应用程序在 I/O 操作未完成时继续执行其他操作。但是，非阻塞式 I/O 模型要求应用程序必须不断地轮询 I/O 操作的状态，以便在 I/O 操作完成时及时进行处理。这种轮询机制会造成 CPU 资源浪费。

多路复用 技术的出现，解决了非阻塞式 I/O 模型的 CPU 资源浪费问题。多路复用技术允许一个线程同时监视多个 I/O 操作的状态，当有 I/O 操作完成时，内核会通知该线程，该线程可以只处理就绪的 I/O 操作，从而避免了 CPU 资源浪费。

因此，多路复用技术是 I/O 模型发展的重要里程碑，它显著提高了应用程序的 I/O 处理效率。

select

select 是最早出现的 IO 多路复用机制，它可以通过轮询的方式来检查多个 fd 的状态变化。select 的缺点是：

  • 效率低下： select 需要轮询所有 fd ，即使大部分 fd 都没有就绪，也会造成 CPU 资源浪费。
  • 连接数限制：select 在 Linux 上对连接数有限制，通常是 1024 个。

poll

poll 是 select 的改进版本，它可以同时监听多个 fd 的状态变化，并且没有连接数限制。但是，poll 仍然使用轮询的方式来检查 fd 的状态变化，因此效率仍然不高。

epoll

epoll 相比 poll 主要有以下几个改进：

  • 效率更高 ： epoll 使用事件驱动的方式来处理 IO 事件，而 poll 使用轮询的方式来检查 fd 的状态变化。因此， epoll 的效率要比 poll 高得多。
  • 可扩展性更好 ： epoll 可以支持更大的并发连接数，而 poll 对连接数有限制。
  • 内存占用更少 ： epoll 使用红黑树来存储 fd ，而 poll 使用链表来存储 fd 。因此，epoll 占用的内存要比 poll 少。

具体来说，epoll 的改进体现在以下几个方面：

  • 使用事件驱动： epoll 使用事件驱动的方式来处理 IO 事件，这意味着只有当 fd 有事件发生时，内核才会通知应用程序。而 poll 使用轮询的方式来检查 fd 的状态变化，这意味着即使 fd 没有事件发生，内核也会通知应用程序。
  • 使用红黑树： epoll 使用红黑树来存储 fd ，这意味着可以快速找到就绪的 fd 。而 poll 使用链表来存储 fd ，这意味着需要遍历整个链表才能找到就绪的 fd 。
  • 使用共享内存： epoll 使用共享内存来传递数据，这意味着应用程序和内核之间不需要进行额外的内存拷贝。而 poll 使用复制内存的方式来传递数据，这意味着应用程序和内核之间需要进行额外的内存拷贝。

因此，epoll 是 Linux 上推荐使用的 IO 多路复用机制。

Update

顺便看了一下 Redis，代码比我想的少很多。
Redis 使用优先级最高的是基于 Solaris 的 evport。
然后依次才是： epoll , kqueue , select