标签：由浅入深 set socket 队列 网络 fd IO 进程 FD
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1、啥是IO复用
网络交互比喻
服务员 和 食客的关系，每天都会有食客到餐厅用餐，而每次用餐都需要服务员的招待，如果没有服务员的招待则会出现餐厅异常的情况，所以当食客的出现则必须要有服务员的接待，
1.1、但是接待会出现两种情况：
（1）一种是没出现一个食客，则专门指派一个服务员进行服务，此服务员只处理这个食客的请求
（2）另一种则是，安排一个服务员同时对接多个食客，也能保证食客的正常请求
(食客 与 服务员的两种图)
1.2、这种接待形式对应的也是我们cs架构中两种形式：
（1）在早期的cs架构中就是一个client 连接请求过来，server端直接使用一个进程或者线程去对接，这样一个检测fd的接收缓存中是否有数据，如若有数据则进行读取接收，众所周知基于Linux的线程开辟的进程资源都是受限于内核空间，则注定了不能多开，所以一个进程/线程对应一个fd在之后的历史发展中就慢慢淘汰了
（2）而第二种也就是今天的主角，一个服务员接待多个食客乃至N多个这种行为叫做IO 复用。
2、server端如何接受数据
2.1、阻塞、非阻塞、同步、异步
以出门去商店打酱油的方式讲一下这四种形式
同步：（占用客户资源，己方线程）
（1）阻塞：客户出门之后去打酱油，商店没有酱油了，客户此时一直到商店有酱油了再回来
（2）非阻塞：出门去当酱油，商店没有酱油了，客户就回家，不就之后又来商店看是否有酱油，如果没有酱油，客户就一直执行回家、来店咨询
异步：（占用商家资源，就是对方线程）
客户出门之后去打酱油，商家没有了，客户说有了给我送过来
2.2、网口接收数据
（1）我们的数据最开始是先到达至网口，网口将数据映射至Linux内存中，通过硬件中断通知到cpu（众所周知硬件中断是级别最高的通知），CPU将网络数据写至socket得到接收缓存
（2）然后协议栈将数据放入socket的接收缓存，数据在接收缓存可读写之后，应用层根据之前所说
-
要么自身的进程一直读取此IO，直到读取到数据（同步操作）
-
要么通过各种IO复用的形式管理这些IO，保证数据已经在缓存中的时候应用层能知道，并将句柄发送给专门的线程池进行读取数据（同步、异步都有）
2.3、系统层面的处理
2.2.1、socket 的组成
socket的是由接收缓存、发送缓存、等待队列和异步通知队列一些成员组成（这些存在都是由内核进行管理）
2.2.2、进程调度：
Linux经常是以多进程存在，但是又时常都是单核的CPU，
所以在同一个时间是没法运行多个进程，就会存在有的进程在运行，而有的进程则在等待，就会有以下两种队列
（1）工作队列
多个业务需要执行时就将数据排列在工作队列，等待时间轮片算法的调度
（2）等待队列
在我们所说的socket阻塞模式下，这些负责管理的阻塞socket的进程就在等待队列休眠，直到socket的接收缓存中有了数据，等待操作系统的唤醒
3、IO复用之select
3.1、Select 使用方式
fd_set set;
FD_ZERO(&set); /将set清零使集合中不含任何fd/
FD_SET(fd, &set); /将fd加入set集合/
FD_CLR(fd, &set); /将fd从set集合中清除/
FD_ISSET(fd, &set); /在调用select()函数后，用FD_ISSET来检测fd是否在set集合中，
当检测到fd在set中则返回真，否则，返回假（0）/
FD_ZERO(&readfds); // 初始化集合
FD_SET(server_sockfd, &readfds);// 将服务器端socket加入到集合中
testfds = readfds;
while(1)
{
select(&testfds); // 内核中针对readfds 集合句柄进行检测 ，将有数据的句柄返回回来
/*扫描所有的文件描述符*/
for(fd = 0; fd < FD_SETSIZE; fd++)
{
/*找到相关文件描述符*/
if(FD_ISSET(fd,&testfds))
{
if(fd == can_connect) // 如果与服务端FD 一致，则接受客户请求建立链接，并将建立链接对应的客户FD加入集合
{
aeecpt(socket);
FD_SET(client_sockfd, &readfds);
}
else if(fd == can_read) // 如果是集合中的客户FD，则读取
{
read(socket, buffer);
process(buffer);
}
}
}
3.2、Select 底层实现原理
回顾知识点：
（1）socket 拥有 读写缓存区、等待队列、异步通知队列
- 等待队列：
当有一个socket事件时，会将其相关的进程放至其等待队列上等待唤醒
（zmz： 缺图一张）
（1）select 将其管理所有socket的等待队列都填写的当前进程A
（2）当有一个或者多个socket收到数据的时候，就会将进程A从所有的等待队列中A进程移除，加入到工作队列中
（3）进程将他管理的socket缓存便利一遍即可知道哪些socket有数据了
（4）将对应的集合以比特位的形式返回
其一，每次调用select都需要将进程加入到所有监视socket的等待队列，每次唤醒都需要从每个队列中移除（此时已经成为工作队列中节点，不再适合等待队列）。这里涉及了两次遍历，而且每次都要将整个fds列表传递给内核，有一定的开销。正是因为遍历操作开销大，出于效率的考量，才会规定select的最大监视数量，默认只能监视1024个socket。
其二，进程被唤醒后，应用程序并不知道哪些socket收到数据，还需要遍历一次。
标签：由浅入深,set,socket,队列,网络,fd,IO,进程,FD 来源： https://blog.csdn.net/FDmitnick/article/details/110410058
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