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Redis 网络模型 -- 阻塞非阻塞IO、IO多路复用、epoll详解

引言

本篇前半部分属于知识点,后半部分的[手撕面答环节],以问题展开,应对面试场景作答,尽量简短,可以在学习了前置知识后,尝试自己作答复述喔。

本篇先简单介绍常见的IO模型,还未深入具体Redis中的应用,可以把这节当做【操作系统】来啃hhh

🎨本篇脑图速览

🎯常见的几种网络模型?

阻塞 IO

  • 过程 1:应用程序想要去读取数据,他是无法直接去读取磁盘数据的,他需要先到内核里边去等待内核操作硬件拿到数据,这个等待数据就绪的过程便是过程1。

  • 过程 2:内核态准备好了,开始拷贝数据给用户缓冲区,便是过程2。

用户去读取数据时,会去先发起 recvform 一个命令,去尝试从内核上加载数据,如果内核没有数据,那么用户就会等待,此时内核会去从硬件上读取数据,内核读取数据之后,会把数据拷贝到用户态,并且返回 ok,整个过程,都是阻塞等待的,这就是阻塞 IO

也就是两个过程都阻塞的话,便是阻塞IO

总结如下:

顾名思义,阻塞 IO 就是两个阶段都必须阻塞等待:

阶段一:

  • 用户进程尝试读取数据(比如网卡数据)
  • 此时数据尚未到达,内核需要等待数据
  • 此时用户进程也处于阻塞状态

阶段二:

  • 数据到达并拷贝到内核缓冲区,代表已就绪
  • 将内核数据拷贝到用户缓冲区
  • 拷贝过程中,用户进程依然阻塞等待
  • 拷贝完成,用户进程解除阻塞,处理数据

流程图

非阻塞 IO

顾名思义,非阻塞 IO 的 recvfrom 操作会立即返回结果而不是阻塞用户进程。

阶段一:

  • 用户进程尝试读取数据(比如网卡数据)
  • 此时数据尚未到达,内核需要等待数据
  • 返回异常给用户进程
  • 用户进程收到 error 后,再次尝试读取【忙轮询】
  • 循环往复,直到数据就绪

阶段二:

  • 将内核数据拷贝到用户缓冲区
  • 拷贝过程中,用户进程依然阻塞等待
  • 拷贝完成,用户进程解除阻塞,处理数据

可以看到,非阻塞 IO 模型中,用户进程在第一个阶段是非阻塞,第二个阶段是阻塞状态。虽然是非阻塞,但性能并没有得到提高。而且忙等机制会导致 CPU 空转,CPU 使用率暴增。

信号驱动

信号驱动 IO 是与内核建立 SIGIO 的信号关联并设置回调,当内核有 FD 就绪时,会发出 SIGIO 信号通知用户,期间用户应用可以执行其它业务,无需阻塞等待。

阶段一:

  • 用户进程调用 sigaction ,注册信号处理函数
  • 内核返回成功,开始监听 FD
  • 用户进程不阻塞等待,可以执行其它业务
  • 当内核数据就绪后,回调用户进程的 SIGIO 处理函数

阶段二:

  • 收到 SIGIO 回调信号
  • 调用 recvfrom ,读取
  • 内核将数据拷贝到用户空间
  • 用户进程处理数据

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