80-30 IO 模型-多路复用 基础

前提

在介绍 select、poll、epoll 前，有必要说说 linux(2.6+) 内核的事件 wakeup callback 机制，这是 IO 多路复用机制存在的本质。

Linux 通过 socket 睡眠队列来管理所有等待 socket 的某个事件的 process，同时通过 wakeup 机制来异步唤醒整个睡眠队列上等待事件的 process，通知 process 相关事件发生。

通常情况，socket 的事件发生的时候，其会顺序遍历 socket 睡眠队列上的每个 process 节点，调用每个 process 节点挂载的 callback 函数。在遍历的过程中，如果遇到某个节点是排他的，那么就终止遍历，总体上会涉及两大逻辑：

1. 睡眠等待逻辑；
2. 唤醒逻辑。

睡眠等待逻辑：涉及 select、poll、epoll_wait 的阻塞等待逻辑

1. select、poll、epoll_wait 陷入内核，判断监控的 socket 是否有关心的事件发生了，如果没，则为当前 process 构建一个 wait_entry 节点，然后插入到监控 socket 的 sleep_list
2. 进入循环的 schedule，直到关心的事件发生了
3. 关心的事件发生后，将当前 process 的 wait_entry 节点从 socket 的 sleep_list 中删除。

唤醒逻辑

1. socket 的事件发生了，然后 socket 顺序遍历其睡眠队列，依次调用每个wait_entry 节点的 callback 函数
2. 直到完成队列的遍历或遇到某个 wait_entry 节点是排他的才停止。
3. 一般情况下 callback 包含两个逻辑：
   1. wait_entry 自定义的私有逻辑；
   2. 唤醒的公共逻辑，主要用于将该 wait_entry 的 process 放入 CPU 的就绪队列，让CPU随后可以调度其执行。

select 和 poll 都属于 IO 多路复用,首先我们应该想一想为什么我们要用IO多路复用？

• 首先，应用程序中同时处理多路输入输出流，若采用阻塞模式，将得不到预期的目的；
• 若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；
• 若使用多进程，分别处理一条数据通路，将新产生进程间的同步与通信问题，使程序变得更加复杂；
• 若使用多线程，又涉及到临界资源访问的问题，比较麻烦。比较好的方法是使用I/O多路复用。

文件描述符fd

文件描述符（File descriptor）是计算机科学中的一个术语，是一个用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。