从JDK 7版本开始,Java新加入的文件和网络io特性称为nio2(new io 2, 因为jdk1.4中已经有过一个nio了),包含了众多性能和功能上的改进,其中最重要的部分,就是对异步io的支持,称为Java AIO(asynchronous IO)。 因为AIO的实施需充分调用OS参与,IO需要操作系统支持、并发也同样需要操作系统的支持,所以性能方面不同操作系统差异会比较明显。所以本文也附带介绍了Linux 2.6及以后版本新增的AIO特性(因为这跟Java AIO是对应关系)。 Java AIO
下图是根据同步、异步、阻塞、非阻塞四个指标总结的Linux下四个象限的I/O通信模式。
Linux 异步 I/O 是 Linux 内核中提供的一个相当新的增强。它是 2.6 版本内核的一个标准特性,但是我们在 2.4 版本内核的补丁中也可以找到它。AIO 背后的基本思想是允许进程发起很多 I/O 操作,而不用阻塞或等待任何操作完成。稍后或在接收到 I/O 操作完成的通知时,进程就可以检索 I/O 操作的结果。
Linux/Unix五种I/O模型 内容来源,侵删。 游双-《Linux高性能服务器编程》 牛客网-Linux高并发服务器开发 ---- 阻塞-blocking 调用者调用了某个函数,然后等待这个函数返回,在这期间什么都不做,不停的去检查这个函数有没有返回,应用程序必须等这个函数返回才能进行下一步的动作。 即,针对阻塞I/O执行的系统调用可能因为无法立即完成而被操作系统挂起,直到等待的时间发生为止,才可以继续执行下一步的操作。 可能被阻塞的系统调用包括accept、send、rec
缓冲I/O是指通过标准库缓存来加速文件的访问,而标准库内部再通过系统调度访问文件。带缓存I/O也叫标准I/O,它符合ANSI C的标准I/O处理,是不依赖系统内核的,所以移植性是比较强的,在使用标准I/O操作的时候为了减少对read()、write()系统调用次数,带缓存I/O就是在用户层再建立一个缓存区,这个缓存区的分配和优化长度等细节都是标准I/O库处理好的,用户不用去关心。
在Linux操作系统中,I/O(输入/输出)模型是一套定义如何处理数据读写的机制,它对系统性能有着重要影响。为了适应不同的应用场景和性能需求,Linux抽象出了多种I/O模型。每种模型都有其独特的特点、底层原理、优劣势以及适用场景。🤓
在听到 nodejs 相关的特性时,经常会对 异步I/O、非阻塞I/O有所耳闻,听起来好像是差不多的意思,但其实是两码事,下面我们就以原理的角度来剖析一下对 nodejs 来说,这两种技术底层是如何实现的?
最近在读一本<<软件架构设计:大型网站技术架构与业务融合之道>>,它就像是把你平时一点点积累的知识有条理且有深度的整合。一步一步的将读者断断续续的知识接起来。以下文章是记录书本中的一些知识并加以拓展。
Linux环境编程对于初学者来说,必须深刻理解重点概念才能更好地编写代码,实现业务功能,下面就几个重要的及常用的知识点进行说明。搞懂这几个概念后以免在将来的编码出现混淆。 系统调用 ❝所有的操作系统在其内核里都有一些内建的函数,这些函数可以用来完成一些系统级别的功能。在Linux系统使用的这样的函数叫做“系统调用”,英文是systemcall。这些函数代表了从用户空间到内核空间的一种转换。 ❞ 系统调用是Linux操作系统提供的服务,是编写应用程序与内核之间通信的接口,也就是我们所说的函数。相对于普通的函数
在设备驱动中使用异步通知可以使得对设备的访问可进行时,由驱动主动通知应用程序进行访问。因此,使用无阻塞I/O的应用程序无需轮询设备是否可访问,而阻塞访问也可以被类似“中断”的异步通知所取代。异步通知类似于硬件上的“中断”概念,比较准确的称谓是“信号驱动的异步I/O”。 1、异步通知的概念和作用 影响:阻塞–应用程序无需轮询设备是否可以访问 非阻塞–中断进行通知 即:由驱动发起,主动通知应用程序 2、linux异步通知编程 2.1 linux信号 作用:linux系统中,异步通知使用信号来实现 函数原型为:
Java 中的 BIO、NIO和 AIO 理解为是 Java 语言对操作系统的各种 IO 模型的封装。
Netty和Tomcat最大的区别就在于通信协议,Tomcat是基于Http协议的,他的实质是一个基于http协议的web容器,但是Netty不一样,他能通过编程自定义各种协议,因为netty能够通过codec自己来编码/解码字节流,完成类似redis访问的功能,这就是netty和tomcat最大的不同。
同步、异步、阻塞、非阻塞都是和I/O(输入输出)有关的概念,最简单的文件读取就是I/O操作。而在文件读取这件事儿上,可以有多种方式。
以上两个关键点最终都与操作系统的 I/O 模型以及线程(进程)模型相关,我们先详细看一下I/O模型 。
网络应用需要处理的无非就是两大类问题,网络I/O,数据计算。相对于后者,网络I/O的延迟,给应用带来的性能瓶颈大于后者。
socket在创建的时候默认是阻塞的。我们可以通过socket系统调用的第二个参数传递SOCK_NONBLOCK标志,或者通过fcntl系统调用的F_SETFL命令,将其设置为非阻塞的。阻塞和非阻塞的概念能应用与所有文件描述符,不仅仅是socket,我们称阻塞的文件描述符为阻塞I/O,非阻塞的文件描述符为非阻塞I/O.
Linux I/O(输入/输出)系统是其核心功能之一,负责处理数据在系统内部及与外界之间的流动。为了优化这一流程,Linux进行了一系列努力和抽象化,以提高效率、灵活性和易用性。🚀
前面两篇介绍按键的文章,无论是用GPIO来读取,还是用中断的方式,其应用程序通过循环读取的方式获取按键值,都会使得CPU的占用率很高。本篇先来介绍Linux中几种的I/O模型,以后使用这类方式进行按键值的读取,可以极大降低CPU的使用率。
aio_return 异步 I/O 和标准块 I/O 之间的另外一个区别是我们不能立即访问这个函数的返回状态,因为我们并没有阻塞在 read 调用上。在标准的 read 调用中,返回状态是在该函数返回时提供的。但是在异步 I/O 中,我们要使用 aio_return 函数。这个函数的原型如下: ssize_t aio_return( struct aiocb *aiocbp ); 只有在 aio_error 调用确定请求已经完成(可能成功,也可能发生了错误)之后,才会调用这个函数。aio_return 的返回值就等价于同步情况中 read 或 write 系统调用的返回值(所传输的字节数,如果发生错误,返回值就为 -1)。 aio_write aio_write 函数用来请求一个异步写操作。其函数原型如下: int aio_write( struct aiocb *aiocbp ); aio_write 函数会立即返回,说明请求已经进行排队(成功时返回值为 0,失败时返回值为 -1,并相应地设置 errno)。 这与 read 系统调用类似,但是有一点不一样的行为需要注意。回想一下对于 read 调用来说,要使用的偏移量是非常重要的。然而,对于 write 来说,这个偏移量只有在没有设置 O_APPEND 选项的文件上下文中才会非常重要。如果设置了 O_APPEND,那么这个偏移量就会被忽略,数据都会被附加到文件的末尾。否则,aio_offset 域就确定了数据在要写入的文件中的偏移量。 aio_suspend 我们可以使用 aio_suspend 函数来挂起(或阻塞)调用进程,直到异步请求完成为止,此时会产生一个信号,或者发生其他超时操作。调用者提供了一个 aiocb 引用列表,其中任何一个完成都会导致 aio_suspend 返回。 aio_suspend 的函数原型如下: int aio_suspend( const struct aiocb *const cblist[], int n, const struct timespec *timeout ); aio_suspend 的使用非常简单。我们要提供一个 aiocb 引用列表。如果任何一个完成了,这个调用就会返回 0。否则就会返回 -1,说明发生了错误。请参看清单 3。 清单 3. 使用 aio_suspend 函数阻塞异步 I/O struct aioct *cblist[MAX_LIST] /* Clear the list. */ bzero( (char *)cblist, sizeof(cblist) ); /* Load one or more references into the list */ cblist[0] = &my_aiocb; ret = aio_read( &my_aiocb ); ret = aio_suspend( cblist, MAX_LIST, NULL ); 注意,aio_suspend 的第二个参数是 cblist 中元素的个数,而不是 aiocb 引用的个数。cblist 中任何 NULL 元素都会被 aio_suspend 忽略。 如果为 aio_suspend 提供了超时,而超时情况的确发生了,那么它就会返回 -1,errno 中会包含 EAGAIN。 aio_cancel aio_cancel 函数允许我们取消对某个文件描述符执行的一个或所有 I/O 请求。其原型如下: int aio_cancel( int fd, struct aiocb *aiocbp ); 要取消一个请求,我们需要提供文件描述符和 aiocb 引用。如果这个请求被成功取消了,那么这个函数就会返回 AIO_CANCELED。如果请求完成了,这个函数就会返回 AIO_NOTCANCELED。 要取消对某个给定文件描述符的所有请求,我们需要提供这个文件的描述符,以及一个对 aiocbp 的 NULL 引用。如果所有的请求都取消了,这个函数就会返回 AIO_CANCELED;如果至少有一个请求没有被取消,那么这个函数就会返回 AIO_NOT_CANCELED;如果没有一个请求可以被取消,那么这个函数就会返回 AIO_ALLDONE。我们然后可以使用 aio_error 来验证每个 AIO 请求。如果这个请求已经被取消了,那么 aio_error 就会返回 -1,并且 errno 会被设置为 ECANCELED。 lio_listio 最后,AIO 提供了一种方法使用 lio_listio API 函数同时发起多个传输。这个函数非常重要,因为这意味着我们可以在一个系统调用(一次内核上下文切换
同步阻塞模式。在JDK1.4以前,使用Java建立网络连接时,只能采用BIO方式,在服务器端启动一个ServerSocket,然后使用accept等待客户端请求,对于每一个请求,使用一个线程来进行处理用户请求。线程的大部分时间都在等待请求的到来和IO操作,利用率很低。而且线程的开销比较大,数量有限,因此服务器同时能处理的连接数也很低。
异步的概念首先在 Web2.0 中火起来,是因为浏览器中 JavaScript 在单线程上执行,而且它还与 UI 渲染共用一个线程。这意味着 JavaScript 在执行的时候 UI 渲染和响应是处于停滞状态的。前端通过异步的方式来消除 UI 阻塞的现象。假如业务场景中有一组互不相关的任务需要完成,可以采用下面两种方式。
从操作系统层面怎么理解网络I/O呢?计算机的世界有一套自己定义的概念。如果不明白这些概念,就无法真正明白技术的设计思路和本质。所以在我看来,这些概念是了解技术和计算机世界的基础。
I/O是input/output的缩写,表示计算机与外接设备之间的数据传输。最常见的I/O类型有磁盘I/O、网络IO。IO和CPU比起来是非常低效的,为了保障应用程序的运行效率,Linux支持多种IO模型。
程序员:假如我们执行A,B两个IO操作的时候,如果必须等待A完成后才能执行B那么这个就是
本文介绍了多线程和并发的基本概念,以及常见的多线程服务器方案,如基于循环的迭代服务器、基于协程的并发服务器、基于事件驱动的非阻塞服务器和异步I/O服务器。作者还列举了一些常见的服务器应用场景,并给出了muduo库和Boost.Asio库的示例代码。
Linux下的五种I/O模型 阻塞I/O(blocking I/O) 非阻塞I/O(nonblocking I/O) I/O服用(select和poll)(I/O multiplexing) 信号驱动I/O(signal driven I/O(SIGIO)) 异步I/O(asynchronous I/O(the POSIX aio_functions)) 前四种都是同步,只用最后一种是异步I/O
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在我们工作和学习中,经常会接触到“同步”、“异步”、“堵塞”和“非堵塞”这些概念,但是并不是每个人都能将它们的关系和区别说清楚。本文将对这些基本概念进行讨论,以期让大家有更清楚的认识。(转载请指明出于breaksoftware的csdn博客)
连接数高的情况下:阻塞 -> 耗资源、效率低。 阻塞意味着等待,等待就会一直占用该线程,当连接数高时,大多线程又在等待,就会耗尽系统的线程资源。
顺序预读(prefetch,在Linux中也称为预读,read ahead)是一种用于提升顺序读性能的技术,用于缩小存储设备和应用程序之间巨大的效率差距。Linux内核在通用预读框架中执行顺序文件预读,它主动拦截VFS层中的文件读取请求,并将顺序的请求转换为异步预读请求,为即将到来的请求引入数据块,并在大块中进行。
比如 Node 源码lib目录下的 fs.js 就是 native 模块,而fs.js调用的 src 目录下的 node_fs.cc 就是内建模块。
随着互联网的发展,面对海量用户高并发业务,传统的阻塞式的服务端架构模式已经无能为力。本文(和下篇《高性能网络编程(六):一文读懂高性能网络编程中的线程模型》)旨在为大家提供有用的高性能网络编程的I/O模型概览以及网络服务进程模型的比较,以揭开设计和实现高性能网络架构的神秘面纱。
最近在学习Java网络编程和Netty相关的知识,了解到Netty是NIO模式的网络框架,但是提供了不同的Channel来支持不同模式的网络通信处理,包括同步、异步、阻塞和非阻塞。学习要从基础开始,所以我们就要先了解一下相关的基础概念和Java原生的NIO。这里,就将最近我学习的知识总结一下,以供大家了解。 为了节约你的时间,本文主要内容如下:
这是05年的老文章,网上应该有人早就翻译过了,我翻译它仅仅为了学习Reactor/Proactor两种TCP服务器设计模式,顺便作翻译练习。
网络I/O,可以理解为网络上的数据流。通常我们会基于socket与远端建立一条TCP或者UDP通道,然后进行读写。单个socket时,使用一个线程即可高效处理;然而如果是10K个socket连接,或者更多,我们如何做到高性能处理?
我非常认同一图胜千言的说法,因此我也喜欢用图来解释各种技术概念。本文通过图解来说明 .NET 中 async/await 如何工作。
随着互联网的发展,面对海量用户高并发业务,传统的阻塞式的服务端架构模式已经无能为力。本文旨在为大家提供有用的高性能网络编程的I/O模型概览以及网络服务进程模型的比较,以揭开设计和实现高性能网络架构的神秘面纱。 2、关于作者 陈彩华(caison):主要从事服务端开发、需求分析、系统设计、优化重构工作,主要开发语言是 Java。 3、线程模型 上篇《高性能网络编程(五):一文读懂高性能网络编程中的I/O模型》介绍完服务器如何基于 I/O 模型管理连接,获取输入数据,下面将介绍基于进程/线程模型,服务器如何处理请求。 值得说明的是,具体选择线程还是进程,更多是与平台及编程语言相关。 例如 C 语言使用线程和进程都可以(例如 Nginx 使用进程,Memcached 使用线程),Java 语言一般使用线程(例如 Netty),为了描述方便,下面都使用线程来进行描述。 4、线程模型1:传统阻塞 I/O 服务模型
同步与异步的理解 同步与异步的重点在消息通知的方式上,也就是调用结果通知的方式。 同步:当一个同步调用发出去后,调用者要一直等待调用结果的通知后,才能进行后续的执行。 异步:当一个异步调用发出去后,调用者不能立即得到调用结果的返回。 异步调用,要想获得结果,一般有两种方式: 1、主动轮询异步调用的结果; 2、被调用方通过callback来通知调用方调用结果。
由于Web应用程序跑在Tomcat工作线程,因此Web应用对请求的处理时间也直接影响Tomcat性能,而Tomcat和Web应用在运行过程中所用到的资源都来自os,因此调优需要将服务端看作是一个整体来考虑。
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。
从上图可知,同步 IO 必须等待内核把 IO 操作处理完成后才返回。而异步 IO 不必等待 IO 操作完成,而是向内核发起一个 IO 操作就立刻返回,当内核完成 IO 操作后,会通过信号的方式通知应用程序。
多线程应用实际上和多进程类似,只不过将一个请求分配一个进程换成了一个请求分配一个线程。线程对比进程更轻量,在系统资源占用上更少,上下文切换(ps:所谓上下文切换,稍微解释一下:单核心CPU的情况下同一时间只能执行一个进程或线程中的任务,而为了宏观上的并行,则需要在多个进程或线程之间按时间片来回切换以保证各进、线程都有机会被执行)的开销也更小;同时线程间更容易共享内存,便于开发
1)获取请求数据,客户端与服务器建立连接发出请求,服务器接受请求(1-3); 2)构建响应,当服务器接收完请求,并在用户空间处理客户端的请求,直到构建响应完成(4); 3)返回数据,服务器将已构建好的响应再通过内核空间的网络 I/O 发还给客户端(5-7)。
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