网络编程

• 网络编程
  • 1、常见的IO模型：
  • 2、IO多路复用？
  • 3、select、poll 和 epoll 之间的区别?
  • 4、reactor和preactor的IO复用模式
  • 2、reactor跟proactor的区别?
  • 6、负载均衡算法有哪些？

网络编程

1、常见的IO模型：

对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：

• 等待数据准备就绪 (Waiting for the data to be ready)
• 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)

正式因为这两个阶段，linux系统产生了下面五种网络模式的方案：

• 阻塞式IO模型(blocking IO model)
• 非阻塞式IO模型(noblocking IO model)
• IO复用式IO模型(IO multiplexing model)
• 信号驱动式IO模型(signal-driven IO model)
• 异步IO式IO模型(asynchronous IO model)

其中，IO多路复用模型指的是：使用单个进程同时处理多个网络连接IO，他的原理就是select、poll、epoll 不断轮询所负责的所有 socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程。该模型的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。

2、IO多路复用？

IO多路复用解决了什么问题

​ 一个服务器进程和一个客户端进程通信,服务器端read(sockfd1,bud,bufsize)，此时客户端进程没有发送数据，那么read(阻塞调用)将阻塞，直到客户端调用write(sockfd,but,size)发来数据，在一个客户和服务器通信时这没什么问题。

​ 当多个客户与服务器通信时当多个客户与服务器通信时,若服务器阻塞于其中一个客户sockfd1，当另一个客户的数据到达套接字sockfd2时，服务器不能处理，仍然阻塞在read(sockfd1,...)上。

IO多路复用

​ 同时监听多个客户连接，socket1、socket2...当其中有一个发来消息就从select阻塞中返回，然后调用read读取，再回到select循环，这样就不会阻塞在其中一个上而不能处理其他客户消息。该模型的优势并不是对于单个连接能处理得更快，而是在于能处理更多的连接。

IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：

• 当客户处理多个描述字时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
• 当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
• 如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
• 如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
• 如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。
• 与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程/线程，从而大大减小了系统的开销。

3、select、poll 和 epoll 之间的区别?

（1）select：时间复杂度 O(n)

select 仅仅知道有 I/O 事件发生，但并不知道是哪几个流，所以只能无差别轮询所有流，找出能读出数据或者写入数据的流，并对其进行操作。所以 select 具有 O(n) 的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。

（2）poll：时间复杂度 O(n)

poll 本质上和 select 没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个 fd 对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

（3）epoll：时间复杂度 O(1)

epoll 可以理解为 event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll 会把哪个流发生了怎样的 I/O 事件通知我们。所以说 epoll 实际上是事件驱动（每个事件关联上 fd）的。

select，poll，epoll 都是 IO 多路复用的机制。I/O 多路复用就是通过一种机制监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），就通知程序进行相应的读写操作。但 select，poll，epoll 本质上都是同步 I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步 I/O 则无需自己负责进行读写，异步 I/O 的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

4、reactor和preactor的IO复用模式

两种高性能IO复用设计模式：Reactor和Proactor。

Reactor模式实现非常简单，使用同步IO模型，即业务线程处理数据需要主动等待或询问，主要特点是利用epoll监听listen描述符是否有相应，及时将客户连接信息放于一个队列，epoll和队列都是在主进程/线程中，由子进程/线程来接管各个描述符，对描述符进行下一步操作，包括connect和数据读写。主程读写就绪事件。

Preactor模式完全将IO处理和业务分离，使用异步IO模型，即内核完成数据处理后主动通知给应用处理，主进程/线程不仅要完成listen任务，还需要完成内核数据缓冲区的映射，直接将数据buff传递给业务线程，业务线程只需要处理业务逻辑即可。

对IO多路复用作了一层封装，让使用者不用考虑底层网络API的细节，关心应用代码的编写。

反应堆模式，对事件进行反应，也就是来了一个事件。Reactor就有相对应的反应/响应。IO多路复用监听事件，收到事件后，根据事件类型分配给某个进程/线程。

Reactor模式主要由Reactor和处理资源池两个核心部分组成，负责的事情如下：

• Reactor负责监听和分发事件，事件类型包含连接事件、读写事件；
• 处理资源池负责处理事件，如read—业务逻辑—send；

Reactor模式是灵活多变的，可以应对不同的业务场景：Reactor可以有一个或者多个，处理资源池可以是单个进程/线程，也可以是多个进程/线程。

2、reactor跟proactor的区别?

Reactor

要求主线程，只负责监听文件描述上是否有事件发生，有的话就立即将该事件通知工作线程。除此之外，主线程不做任何其他实质性的工作。读写数据，接受新的连接，以及处理客户请求均在工作线程中完成。

Proactor

将所有I/O操作都交给主线程和内核来处理，工作线程仅负责业务逻辑。

6、负载均衡算法有哪些？

多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，能互相分担负载。

• 轮询法：将请求按照顺序轮流的分配到服务器上。大锅饭，不能发挥某些高性能服务器的优势。
• 随机法：随机获取一台，和轮询类似。
• 哈希法：通过ip地址哈希化来确定要选择的服务器编号。好处是,每次客户端访问的服务器都是同一个服务器，能很好地利用session或者cookie。
• 加权轮询：根据服务器性能不同加权。