I/O多路复用技术

内容纲要

I/O多路复用技术是操作系统提供的一种机制,允许一个进程同时等待多个网络I/O操作完成。它可以让单个进程拥有处理多个并发输入/输出操作的能力。也就是说,通过维护一组"开放"的I/O操作,当其中任意一个I/O操作完成,系统将告知该进程,进程便可以对此进行处理。

I/O多路复用的主要优点是提高了服务器的并发性能和吞吐性能,由于使用了非阻塞I/O模式,可以在等待数据的过程中处理其他任务,避免了CPU空置等待。这种技术非常适合于高并发、请求响应交互频繁的网络应用服务,如Web服务器、数据库服务器等。

常见的I/O多路复用模型有四种种:select,poll,epoll和IOCP(Windows完成端口)。

  1. select模型:提供了对同一进程中多个流的I/O操作进行监视的能力。服务器轮询监视每个客户端连接,对于请求的客户端进行处理。

  2. poll模型:poll是一种效率比select更高的解决方案,poll使用链表来存储要监视的文件描述符,不仅避免了select的最大文件描述符数的限制,而且在文件描述符数量较大时,也比select具有更高的效率。

  3. epoll模型:epoll是Linux特有的I/O多路复用机制,相比select和poll,epoll更加灵活且没有描述符数量和性能扩展限制。

  4. 完成端口(I/O Completion Ports,简称 IOCP)是Windows操作系统提供的一种高效I/O多路复用模型。IOCP模型主要利用了操作系统的异步I/O特性来提高并发性能和吞吐性能。IOCP与Linux平台上的epoll类似,但它是专为多线程环境优化的。

在IOCP模型中,应用程序先向系统注册一组I/O操作,并与一个完成端口关联。当I/O操作完成时,操作系统将结果放入与之关联的完成端口中。随后,应用程序的工作线程可以从完成端口中获取已完成的I/O操作,并处理结果。

IOCP模型的优点在于,它能够自动地将已完成的I/O操作分发到各个工作线程,从而实现了负载均衡。另外,IOCP模型还能很好地利用多核CPU的优势,可以在多核中处理多个I/O请求。

IOCP模型广泛应用于网络编程,尤其是在处理大量并发连接、并发I/O请求的服务器程序中。

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