从IO说起
一直以来我很欣赏Google I/O大会，一方面是由于一些新技术与新产品的介绍让人兴奋，更重要的是我太爱这个名字了^_^，我觉得正好符合了我对整个互联网技术的浅薄思考与认识。I/O系统就是整个互联网的关键接口，整个互联网的底层就是I/O系统织成的抽象意义上的net，建立在物理线路之上。而网络编程显然是合理创造与利用I/O的重要工具。而以太网的TCP/UDP则在通常的网络编程中占据了核心的地位。本文主要基于Linux平台，其他如Windows NT以及一些Unix衍生版都提供了对应的解决方案。
网络编程是一个很大也很有趣的话题，要写好一个高性能并且bug少的服务端或者客户端程序还是挺不容易的，而且往往涉及到进程线程管理/内存管理/NFS/协议栈等许多相关的知识，所以不仅仅只是会使用socket那么简单。
网络编程模型
首先简单解释几个相关概念：
- 阻塞/非阻塞
阻塞和非阻塞通常是指文件描述符本身的属性，拿socket来说，当socket读缓冲区中没有数据时或者写缓冲区满时，都会造成我们read/recv或者write/send系统调用阻塞。而非阻塞socket在这种情况下会产生EWOULDBLOCK或者EAGAIN等错误并立即返回，不会等待socket变得可读或者可写。当然这只是理解阻塞和非阻塞的一个简单例子，并不全面。在Linux下我们可以通过accept4/fcntl等函数设置socket为非阻塞。
- 同步/异步
同步和异步更多地是我们怎么处理读写问题的一种手段，这里仅仅限制在IO读写上，真正的这两个概念个人觉得可以推得更广。通常这也对应着两种高性能网络编程模式reactor和proactor，同步通常是我们主动读写数据，而异步通常是我们交给操作系统帮我们读写，只需要注册读写完成后的回调函数。
- IO复用
IO复用通常是用select/poll/epoll等来统一代理多个socket的事件的发生，select是一种比较通用的多路复用技术，很多平台都支持，poll是Linux平台下对select做的改进，而epoll可以说是目前Linux平台下性能最高的一种multiplexing技术，当然你得用好，尤其是LT和ET两种触发方式的使用。
下面简单总结了常见的服务器端使用的网络编程模型(包含线程模型)
先看看常见组件采用的模型(只看epoll)：
nginx：master进程+多个worker进程，每个进程一个epoll eventloop
memcached： 主线程+多个worker线程，每个线程一个epoll eventloop
tornado：单线程，一个epoll eventloop
libevent：对于Linux平台封装了epoll
libev：对于Linux平台封装了epoll
boost.asio：对于Linux平台封装了epoll
muduo：对于Linux平台封装了epoll
swoole：对于Linux平台封装了epoll
nodejs的libuv：基于libev对epoll的封装
…
所以排除掉传统的单线程，多进程，多线程等模型，常见的高性能网络编程模型通常是one eventloop per thread与多线程的组合，或者为了处理耗时的任务再加上threadpool。通常为了更好地性能与并发，以master/worker的形式来配置进程线程模型。其实说到底各种高性能网络库或者框架还是在玩epoll+非阻塞。
值得注意的问题
- 选择线程模型
单线程下不用考虑同步等问题，one eventloop，相对容易很多
多线程下要考虑多线程编程可能产生的各种竞争同步问题，协调各个thread里面的eventloop。
多进程下要考虑各个eventloop thread的通信等问题
- socket的读写
这也是一大难点，尤其是epoll LT和ET方式下的读写，还有怎么优雅地处理各种错误。
- 协议的设计
- 使用文本还是二进制？json，xml，pb等等？
- TCP/IP协议本身的深入理解
- 日志
- ……
应用层之外
前面都是基于应用层对于C10K这类问题的解决方案，在更高并发要求的环境下就得在内核态下做手脚了，如零拷贝等技术，直接越过内核协议栈，实现高速数据包的传递。相应的内核模块也早有实现。
相关资源
- 书籍：
《UNIX环境高级编程》
《UNIX网络编程》两卷
《TCP/IP协议》三卷
《Linux内核设计与实现》
《深入理解Linux内核》
《Linux多线程服务端编程》
- 各种开源组件：
nginx
memcached
beanstalkd
libevent
libev
muduo
boost.asio
ace
tornado
swoole