原 生socket客户端在与服务端建立连接时,即服务端调用accept方法时是阻塞的,同时服务端和客户端在收数据(调用recv)时也是阻塞的。原生 socket服务端在同一时刻只能处理一个客户端请求,即服务端不能同时与多个客户端进行通信,实现并发,导致服务端资源闲置(此时服务端只占据 I/O,CPU空闲)。
现在的需求是:我们要让多个客户端连接至服务器端,而且服务器端需要处理来自多个客户端请求。很明显,原生socket实现不了这种需求,此时我们该采用什么方式来处理呢?
解决方法:采用I/O多路复用机制。在python网络编程中,I/O多路复用机制就是用来解决多个客户端连接请求服务器端,而服务器端能正常处理并响应给客户端的一种机制。书面上来说,就是通过1种机制:可以同时监听多个文件描述符,一旦描述符就绪,能够通知程序进行相应的读写操作。
1 IO多路复用的概念
I/O多路复用指:通过一种机制,可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作。
1.1 linux中的IO多路复用
(1)select select最早于1983年出现在4.2BSD中,它通过一个select()系统调用来监视多个文件描述符的数组,当select()返回后,该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位,使得进程可以获得这些文件描述符从而进行后续的读写操作。 select目前几乎在所有的平台上支持,其良好跨平台支持也是它的一个优点,事实上从现在看来,这也是它所剩不多的优点之一。 select的一个缺点在于单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制,在Linux上一般为1024,不过可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制。 另外,select()所维护的存储大量文件描述符的数据结构,随着文件描述符数量的增大,其复制的开销也线性增长。同时,由于网络响应时间的延迟使得大 量TCP连接处于非活跃状态,但调用select()会对所有socket进行一次线性扫描,所以这也浪费了一定的开销。 (2)poll poll在1986年诞生于System V Release 3,它和select在本质上没有多大差别,但是poll没有最大文件描述符数量的限制。 poll和select同样存在一个缺点就是,包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间,而不论这些文件描述符是否就绪,它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。 另外,select()和poll()将就绪的文件描述符告诉进程后,如果进程没有对其进行IO操作,那么下次调用select()和poll()的时候 将 再次报告这些文件描述符,所以它们一般不会丢失就绪的消息,这种方式称为水平触发(Level Triggered)。 (3)epoll 直到Linux2.6才出现了由内核直接支持的实现方法,那就是epoll,它几乎具备了之前所说的一切优点,被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。 epoll可以同时支持水平触发和边缘触发(Edge Triggered,只告诉进程哪些文件描述符刚刚变为就绪状态,它只说一遍,如果我们没有采取行动,那么它将不会再次告知,这种方式称为边缘触发),理论上边缘触发的性能要更高一些,但是代码实现相当复杂。 epoll同样只告知那些就绪的文件描述符,而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时,返回的不是实际的描述符,而是一个代表就绪描 述符数量的 值,你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可,这里也使用了内存映射(mmap)技术,这样便彻底省掉了这些文件描述符在 系统调用时复制的开销。 另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll 中,进程只有在调用一定的方法后,内核才对所有监视的文件描述符进行扫描,而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符,一旦基于某 个文件描述符就绪时,内核会采用类似callback的回调机制,迅速激活这个文件描述符,当进程调用epoll_wait()时便得到通知。 |
1.2 python中的IO多路复用
Python中有一个select模块,其中提供了:select、poll、epoll三个方法,分别调用系统的 select,poll,epoll从而实现IO多路复用。 Windows Python:提供: select Mac Python:提供: select Linux Python:提供: select、poll、epoll |