架构师玄学之路-I/O模型

架构师玄学之路-I/O模型

架构师是一个很神圣的职业，充满玄学之道，并不是每一个人都能够成为架构师，架构师需要具备很强的技术思维和业务思维以及产品思维，当然也很考验计算机功底，操作系统也是计算机功底的一部分。

缓冲I/O和直接I/O

在操作系统中，缓冲I/O是针对c语言，而直接I/O是针对Linux的系统API。

内存映射文件与零拷贝

内存映射文件是指应用程序虽然读写的是自己的内存，但是内存只是一个逻辑地址，实际读取的是内核缓冲区

网络I/O模型

1. 阻塞和非阻塞是从函数调用角度来说的，而同步和异步是从"读写是谁完成的"角度来说的
   • 阻塞：如果读写没有就绪或者读写没有完成，则该函数一直等待。
   • 非阻塞：函数立即返回，然后让应用程序轮询、
   • 同步：读写游应用程序完成
   • 异步：读写由操作系统完成，完成之后，回调或者事件通知应用程序
2. 异步I/O一定是非阻塞I/O，不存在既是异步I/O，又是阻塞的；同步I/O可能是阻塞的，也可能是非阻塞的。
3. I/O多路复用(select、poll、epoll)都是同步I/O，因为read和write函数操作都是应用程序完成的，同时也是阻塞I/O，因为select、read、write的调用都是阻塞的。

Reactor模式与Proactor模式

• Reactor模式 主动模式，应用程序不断的轮询，询问操作系统或者网络框架、I/O是否就绪。Linux系统下的select、poll、epoll就属于主动模式，需要应用程序中有一个循环一直轮询；Java中的NIO也是属于这种模式，在这种模式下，实际的I/O操作还是应用程序执行的
• Proactor模式 被动模式，应用程序把read和write函数操作全部交给操作系统或者网络框架，实际的I/O操作由操作系统或者网络框架完成，之后再回调应用程序。asio库就是典型的Proactor模式

epoll的LT和ET模式

epoll支持两种模式：LT（水平触发）和ET(边缘触发)。水平触发又称为条件触发，边缘触发又称为状态触发。

水平触发：读缓冲区只要不为空，就会一直触发读事件；写缓冲区只要不满，就会一直触发写事件。

边缘触发：读缓冲区的状态，从空转为非空的时候触发一次；写缓冲区的状态，从满转为非满的时候粗发一次。比如用户发送一个大文件，把写缓冲区塞满了，之后缓存区可以写了，就会发生一次从满到不满的切换。

针对LT模式，要避免写的死循环问题，针对ET模式要避免short read问题。

在实际开发中，一般都倾向于LT模式，JAVA NIO用的就是epoll的LT模式。因为ET模式容易漏事件，一次触发如果没有处理好，就没有第二次机会了。

服务器编程的1+N+M模型

1. 监听线程：负责accept事件的注册和处理。和每一个新进来的客户端建立socket连接，然后把socket连接交给I/O线程，完成任务，继续监听新的客户端
2. I/O线程：负责每个socket连接上面的read/write事件的注册和实际的socket的读写。把读到的Request放入Request队列，交由Worker线程处理。
3. Worker线程：纯碎的业务线程，没有socket的读写操作。对Request队列进行处理，生成Response队列，然后写入Response队列，由I/O线程再回复给客户端。

对于编程服务器程序，无论用epoll，还是Java NIO，或者基于Netty等网络框架，大体都是按照1+N+M的思路来做。

针对实际的应用场景我们了解哪些框架的实际的I/O模型呢？

• 比如Dubbo
• 比如Netty
• 比如Tomcat
• 比如Jetty