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2019
10-07

PHP7中I/O模型内核剖析详解

1.同步:我客户端(C端调用者)一个功能,该功能没有结束前,我死等结果。

2.异步:我(c端调用者)调用一个功能,不知道该功能结果,该功能有结果后通知我,即回调通知

3.阻塞:就是调用我(s端被调用者,函数),我(s端被调用者,函数)没有完全接受完数据或者没有得到结果之前,我不会返回。

4.非阻塞:就是调用我(s端被调用者,函数),我(s端被调用者,函数)立即返回,得出结果后通知调用者


五种I/O模型

(1) 阻塞I/O (Blocking I/O)


当用户进程进行系统调用时,内核就开始了I/O的第一个阶段,准备数据到缓冲区中,当数据都准备完成后,则将数据从内核缓冲区中拷贝到用户进程的内存中,这时用户进程才解除block的状态重新运行。

(2) 非阻塞I/O (Non-Blocking I/O)


用户进程只有在第二个阶段被阻塞了,而第一个阶段没有阻塞,但是在第一个阶段中,用户进程不需要盲等,不停的去轮询内核,看数据是否准备好了,因此该模型是比较消耗CPU的。

(3) I/O复用(I/O Multiplexing)

I/O执行的两个阶段都是用户进程都是阻塞的,但是两个阶段是独立的,在一次完整的I/O操作中,该用户进程是发起了两次系统调用。和阻塞I/O不同的是第一段可以等待多个描述符就绪

(4) 信号驱动的I/O (Signal Driven I/O)

只有在I/O执行的第二阶段阻塞了用户进程,而在第一阶段是没有阻塞的。该模型在I/O执行的第一阶段,当数据准备完成之后,会主动的通知用户进程数据已经准备完成,即对用户进程做一个回调。该通知分为两种,一为水平触发,即如果用户进程不响应则会一直发送通知,二为边缘触发,即只通知一次。

(5) 异步I/O (Asynchrnous I/O)


当用户进程发起系统调用后,立刻就可以开始去做其它的事情,然后直到I/O执行的两个阶段都完成之后,内核会给用户进程发送通知,告诉用户进程操作已经完成了。


I/O多路复用技术

select

(1).select()的机制中提供一fd_set的数据结构,每一个元素都能与一打开的文件句柄(不管是Socket句柄,还是其他 文件或命名管道或设备句柄)建立联系,建立联系的工作由程序员完成, 当调用select()时,由内核根据IO状态修改fd_set的内容,由此来通知执行了select()的进程哪一Socket或文件可读或可写。主要用于Socket通信当中。


(2).程序执行select后,如果没有数据输入,程序会一直等待(阻塞时),直到有数据为止,也就是程序中无需循环和sleep。


(3).每次调用select,都需要把fd_set集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd_set很多时会很大


(4).同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd_set,这个开销在fd_set很多时也很大


(5).select支持的文件描述符数量太小了,默认是1024


poll

(1).poll的实现和select非常相似,只是描述fd_set集合的方式不同,poll使用pollfd链表结构而不是select的fd_set结构,其他的都差不多。


(2).监视描述符个数无上限;


epoll/kqueue

(1).监视描述符个数无上限;


(2).效率提升,不是轮询的方式,不会随着fd数目的增加效率下降。只有活跃可用的fd才会调用callback函数;即epoll/kqueue最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接,而跟连接总数无关,因此在实际的网络环境中,epoll/kqueue的效率就会远远高于select和poll。


(3).内存拷贝,利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递;

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