《Nginx 实战一》 IO模型介绍

IO是什么？

I/O输入/输出(Input/Output)，分为IO设备和IO接口两个部分。简单点来说就是输入输出

 IO模型种类

阻塞I/O模型:
 应用程序会调用一个I/O函数，导致应用程序阻塞，等待数据准备好，
 若数据没有未准备就绪，则一直等待
 若数据准备好，从内核拷贝到用户空间，I/O函数返回成功

非阻塞I/O模型：
  当所请求的I/O操作无法完成时，不让进程阻塞，而是返回一个错误，
  这样I/O函数会不断的请求数据是否准备好，没有准备好，继续请求。
  直到数据准备好为止。在请求的过程中会占用大量的CPU时间。

I/O复用模型：
  I/O复用模型会调用select、poll函数，这几个函数也会使进程阻塞，但是和阻塞I/O不同的，
  这个函数可以同时阻塞多个I/O操作，而且可以同时对多个读操作，多个写操作的I/O函数进行检测，
  直到有数据可读或可写时，才真正调用I/O操作函数。

信号驱动I/O：
  两次调用，两次返回。
  首先允许套接口进行信号驱动I/O，并安装一个信号处理函数，进程继续运行并不阻塞。
  等数据准备好时，进程会收到一个SIGIO信号，可以在信号处理函数中调用I/O操作函数处理数据。

异步I/O模型：
  数据拷贝的时候进程无需阻塞
  当一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。
  实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态，通知和回调通知调用者输入输出操作。

同步I/O引起进程阻塞，直到I/O操作完成
异步I/O不会引起进程阻塞
I/O复用先通过select调用阻塞

Nginx的IO模型

nginx 支持多种并发模型，并发模型的具体实现根据系统平台而有所不同。
在支持多种并发模型的平台上，nginx 自动选择最高效的模型。但我们也可以使用 use 指令在配置文件中显式地定义某个并发模型。

NGINX中支持的并发模型：

select：IO多路复用、标准并发模型。在编译 nginx 时，如果所使用的系统平台没有更高效的并发模型，select 模块将被自动编译。configure 脚本的选项：–with-select_module 和 --without-select_module 可被用来强制性地开启或禁止 select 模块的编译

poll:IO多路复用、标准并发模型。与 select 类似，在编译 nginx 时，如果所使用的系统平台没有更高效的并发模型，poll 模块将被自动编译。configure 脚本的选项：–with-poll_module 和 --without-poll_module 可用于强制性地开启或禁止 poll 模块的编译

epoll
:IO多路复用、高效并发模型，可在 Linux 2.6+ 及以上内核可以使用

kqueue
:IO多路复用、高效并发模型，可在 FreeBSD 4.1+, OpenBSD 2.9+, NetBSD 2.0, and Mac OS X 平台中使用

/dev/poll
:高效并发模型，可在 Solaris 7 11/99+, HP/UX 11.22+ (eventport), IRIX 6.5.15+, and Tru64 UNIX 5.1A+ 平台使用

eventport
:高效并发模型，可用于 Solaris 10 平台，PS：由于一些已知的问题，建议 使用/dev/poll替代。

为什么epoll快？
比较一下Apache常用的select和Nginx常用的epoll

select：
1、最大并发数限制，因为一个进程所打开的 FD （文件描述符）是有限制的，由 FD_SETSIZE 设置，默认值是 1024/2048
，因此 Select 模型的最大并发数就被相应限制了。自己改改这个 FD_SETSIZE ？想法虽好，可是先看看下面吧。
2、效率问题， select 每次调用都会线性扫描全部的 FD 集合，这样效率就会呈现线性下降，把 FD_SETSIZE
改大的后果就是，大家都慢慢来，什么？都超时了。
3、内核 / 用户空间 内存拷贝问题，如何让内核把 FD 消息通知给用户空间呢？在这个问题上 select
采取了内存拷贝方法，在FD非常多的时候，非常的耗费时间。
总结为：1、连接数受限 2、查找配对速度慢 3、数据由内核拷贝到用户态消耗时间

epoll：

1、Epoll 没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大 ，具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 查看。
2、效率提升， Epoll 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的效率就会远远高于 select 和 poll 。
3、内存共享， Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”，这个内存拷贝也省略了。

上次更新时间 13 3 月, 2023 at 09:59 上午