阻塞与非阻塞主要是程序等待消息通知时的状态角度来说的。阻塞调用是指调用结果返回之前,当前线程会被挂起,一直处于等待消息通知,不能够执行其他业务。
本文试图理清楚几种IO模型的根本性区别,同时分析了为什么在Linux网络编程中最好要用非阻塞式IO?
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。
同步是指协调多个执行线程或进程的执行,以确保它们按照一定的顺序执行或在特定的条件下等待。常见的同步机制包括信号量、条件变量和屏障等。
线程同步可以说在日常开发中是用的很多,但对于其内部如何实现的,一般人可能知道的并不多。本篇文章将从如何实现简单的锁开始,介绍linux中的锁实现futex的优点及原理。
线程同步可以说在日常开发中是用的很多, 但对于其内部如何实现的,一般人可能知道的并不多。 本篇文章将从如何实现简单的锁开始,介绍linux中的锁实现futex的优点及原理,最后分析java中同步机制如wait/notify, synchronized, ReentrantLock。
作者 | 张乐奕:Oracle ACE 总监,ACOUG (中国 Oracle 用户组)联合发起人。Oracle 数据库高可用解决方案与 Exadata 一体机专家。长于数据库故障诊断,性能调优。作为多家知名论坛版主,热衷社区技术分享,同时也是 Exadata 用户组的发起人,组织策划并作为技术分享者的活动已超过百场。
我们在编写程序的时候,常常会需要一些线程的delay函数。这个问题说简单也简单,说复杂也复杂。比如很多人读知道delay直接用Windows的API函数Sleep啊,确实没错,这个可以实现一个指定毫秒数的等待,我本身也会常常使用它,那么我要问一个问题,这个问题不管是在Windows、Linux还是其他系统都会存在。这个问题就是:是否每个地方的等待函数都可以用Sleep(Linux下pthread_delay函数)?这个看似简单的问题,我估计不少人都会被问住,回答是吧,感觉可能不会这么简单;如果不是,那能举个
上面讲的自旋锁,信号量和互斥锁的实现,都是使用了原子操作指令。由于原子操作会 lock,当线程在多个 CPU 上争抢进入临界区的时候,都会操作那个在多个 CPU 之间共享的数据 lock。CPU 0 操作了 lock,为了数据的一致性,CPU 0 的操作会导致其他 CPU 的 L1 中的 lock 变成 invalid,在随后的来自其他 CPU 对 lock 的访问会导致 L1 cache miss(更准确的说是communication cache miss),必须从下一个 level 的 cache 中获取。
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
在现代操作系统里,同一时间可能有多个内核执行流在执行,因此内核其实像多进程多线程编程一样也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问,尤其是在多处理器系统上,更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。在主流的Linux内核中包含了如下这些同步机制包括:
啥是内核态呢,内核态就是 linux 内核,用户态则是用户进程中的某个线程,即 io 操作其实就是内核态和用户态的切换。
大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。 引子 在编译2.6内核的时候,你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项,上网查,有的资料会告诉你”不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序”,那futex是什么?和glibc又有什么关系呢? 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写,由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家,其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些,毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解,在传统的Unix系统中,System V IPC(inter process communication),如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的,这个内核对象对要同步的进程都是可见的,其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现,很多同步是无竞争的,即某个进程进入 互斥区,到再从某个互斥区出来这段时间,常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下,这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争,退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题,Futex就应运而生,Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先,同步的进程间通过mmap共享一段内存,futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的,当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候,先去查看共享内存中的futex变量,如果没有竞争发生,则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生,则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说,futex就是通过在用户态的检查,(motivation)如果了解到没有竞争就不用陷入内核了,大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制,所以需要两个部分合作完成,linux上提供了sys_futex系统调用,对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长,其实常用的就是前面三个,后面的timeout大家都能理解,其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址,里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中,这里我简单的介绍一下两种,剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠,直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程,当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步,并寄希望获得futex的性能优势,这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作,我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始,首先创建一个futex同步变量,也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候,对futex执行”down”操作,即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0,则没有竞争发生, 进程照常执行。如果同步变量是个负数,则意味着有竞争发生,需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候,对futex进行”up”操作,
IO的阻塞与同步 IO即输入/输出(Input/Output)。每个应用系统都少不了交互,或多或少都会产生数据,而它们的核心:IO,其性能的发展明显落后于 CPU 。对于高性能、高并发的应用系统来说,回避IO瓶颈进而提升性能是至关重要的。 阻塞与非阻塞 一般来说,IO模型可以分为阻塞/非阻塞及同步/异步。先从简单的阻塞/非阻塞模型说起。 阻塞IO:用户进程发起IO操作后,必须等待IO操作完成才能继续运行。通信协议中的 Socket 编程,为了简单起见,也使用的这种方式。但这种方式会造成CPU大量闲置,系
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
在多年前,linux还没有支持对称多处理器SMP的时候,避免并发数据访问相对简单。
Linux内核同步机制之completion 内核编程中常见的一种模式是,在当前线程之外初始化某个活动,然后等待该活动的结束。这个活动可能是,创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求,或者某种类型的硬件动作,等等。在这种情况下,我们可以使用信号量来同步这两个任务。然而,内核中提供了另外一种机制——completion接口。Completion是一种轻量级的机制,他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。 结构与初始化 Completion在内核中的实现基于等待队列(关于等待队
User space(用户空间)和 Kernel space(内核空间)。Linux里面这么设计的目的主要是为了安全,即使用户空间崩溃了,内核也不受影响。所以在Linux世界,进程不能直接访问硬件设备,当进程需要访问硬件设备(比如读取磁盘文件,接收网络数据等等)时,必须由用户态模式切换至内核态模式,通过系统调用访问硬件设备。
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。
从基础讲起,IO的原理和模型是隐藏在编程知识底下的,是开发人员必须掌握的基础原理,是基础的基础,更是通关大厂面试的必备知识。
多线程编程已经成为了现代软件开发的重要组成部分。对于Linux操作系统而言,多线程的支持和实现更是被广泛应用。本文将通过详细解析Linux操作系统中的多线程概念、线程的创建与管理、同步与互斥、线程间通信等方面,并结合示例代码,来深入探讨Linux的多线程编程。
进程与线程之间是有区别的,不过linux内核只提供了轻量进程的支持,未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统。Linux本身只有进程的概念,而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。
我们都知道Linux的IO模型有阻塞、非阻塞、SIGIO、多路复用(select,epoll)、AIO(异步I/O)等。
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。
Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写,由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。
服务器端编程,经常需要构造高性能的网络应用,需要选用高性能的IO模型,这也是通关大公司面试必备的知识。
性能为王,系统的性能提升是每一个工程师的追求。目前,性能优化主要集中在消除系统软件堆栈中的低效率上或绕过高开销的系统操作。例如,内核旁路通过在用户空间中移动多个操作来实现这个目标,还有就是为某些类别的应用程序重构底层操作系统.
因为现代操作系统是多处理器计算的架构,必然更容易遇到多个进程,多个线程访问共享数据的情况,如下图所示:
linux操作系统包含了五种IO模型,各种上层编程语言或者网络编程框架的上层实现都是基于操作系统的这些IO实现来实现的。
Reactor 与 Proactor 模型是近几年技术领域频频提到的两个设计模式,那么,究竟什么是 Reator,什么又是 Proactor,他们之间有什么异同呢? 本文就来详细介绍一下。
现如今,一个服务端应用程序几乎都会使用到多线程来提升服务性能,而目前服务端还是以linux系统为主。一个多线程的java应用,不管使用了什么样的同步机制,最终都要用JVM执行同步处理,而JVM本身也是linux上的一个进程,那么java应用的线程同步机制,可以说是对操作系统层面的同步机制的上层封装。这里我说的操作系统,主要是的非实时抢占式内核(non-PREEMPT_RT),并不讨论实时抢占式内核(PREEMPT_RT) 的问题,二者由于使用场景不同,因此同步机制也会存在差异或出现变化。
关于同步理论的一些基本概念 临界区(critical area): 访问或操作共享数据的代码段 简单理解:synchronized大括号中部分(原子性) 竞争条件(race conditions)两个线程同时拥有临界区的执行权 数据不一致:(data unconsistency) 由竞争条件引起的数据破坏 同步(synchronization)避免race conditions 锁:完成同步的手段(门锁,门后是临界区,只允许一个线程存在) 上锁解锁必须具备原子性 原子性(象原子一样不可分割的操作) 有序
网络编程之IO:说到IO不得不会想到NIO和BIO,说到这两个概念我们不得不看一下两个:
何为半同步复制模式呢?在此我们先了解异步复制模式,这是MySQL的默认复制选项。异步复制即是master数据库把binlog日志发送给slave数据库,然后就没有了然后了。在此暴露一个问题,当slave服务器发生故障了,那么肯定会导致主从数据库服务器的数据不一致。
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。
在计算机科学和软件工程中,多线程编程是一项关键技能,尤其在当今多核处理器和高并发应用程序的背景下显得尤为重要。本文将全面探讨Linux环境下的线程编程,涵盖基本概念、线程创建与管理、线程同步、性能优化以及实际应用,通过详细的C++示例代码帮助读者深入理解并掌握这一技术。
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。
在处理进程间的同步与互斥问题时,我们离不开信号量和PV原语,使用这两个工具的目的在于打造一段不可分割不可中断的程序。应当注意的是,信号量和PV原语是解决进程间同步与互斥问题的一种机制,但并不是唯一的机制。
与传统的cp、tar备份方式相比,rsync具有安全性高、备份迅速、支持增量备份等优点,通过rsync可以解决对实时性要求不高的数据备份需求,例如定期的备份文件服务器数据到远端服务器,对本地磁盘定期做数据镜像等。
在操作系统和程序设计中,sleep和wait是两个经常被提及的概念,它们各自具有独特的功能和用途。了解这两者之间的区别对于编写高效和稳定的程序至关重要。本文将深入探讨sleep和wait之间的主要差异。
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同步阻塞IO在等待数据就绪上花去太多时间,而传统的同步非阻塞IO虽然不会阻塞进程,但是结合轮询来判断运维
首先Binder是Android中的一种独有的跨进程通信方式,简称IPC。它是专门为Android平台设计的。
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
我们在Linux信号基础中已经说明,信号可以看作一种粗糙的进程间通信(IPC, interprocess communication)的方式,用以向进程封闭的内存空间传递信息。为了让进程间传递更多的信息量,我们需要其他的进程间通信方式。这些进程间通信方式可以分为两种: 管道(PIPE)机制。在Linux文本流中,我们提到可以使用管道将一个进程的输出和另一个进程的输入连接起来,从而利用文件操作API来管理进程间通信。在shell中,我们经常利用管道将多个进程连接在一起,从而让各个进程协作,实现复杂的功能。 传
网络IO之阻塞、非阻塞、同步、异步总结 1、前言 在网络编程中,阻塞、非阻塞、同步、异步经常被提到。unix网络编程第一卷第六章专门讨论五种不同的IO模型,Stevens讲的非常详细,我记得去年看第一遍时候,似懂非懂,没有深入理解。网上有详细的分析:http://blog.csdn.net/historyasamirror/article/details/5778378。我结合网上博客和书总结一下,加以区别,加深理解。 2、数据流向 网络IO操作实际过程涉及到内核和调用这个IO操作的进程。以r
IO模型是编程语言和软件开发中重要的知识。本篇从IO模型这个切入点横向梳理了从操作系统到应用层IO模型相关知识。考虑到技术本身具有横向迁移的特点,也可以帮助大家在宏观与微观,具体与细节,底层与应用多角度串联技术,本篇是第一篇从IO模型说起。
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 。
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