linux IO學習筆記 （持續更新錯誤）

linux 學習筆記

1、linux的緩存IO機制

從權限上來講，內核擁有權限很高，可訪問全部底層硬件。而用戶（進程）的權限相對較低，而這樣的目的即是爲了保護內核的安全。
從內存空間上來講，操做系統把內存分紅了兩份，一份給內核用（稱爲內核空間），一份給用戶（進程）用（稱爲用戶空間），二者絕對的互不干擾。（windows的藍屏緣由：硬件驅動與系統的不兼容，驅動代碼運行在系統內核空間，若是出錯就會影響到系統內核，進而系統崩潰，機子死機。而QQ崩潰就不會形成機子死機，由於QQ運行在用戶空間）
因此內核的數據與用戶的數據不共享，內核若是要把任務（數據）交給用戶（進程），就會有一個data copy的過程。

代碼獲取硬盤文件內數據的過程（IO的一次訪問）：用戶（進程）不具備對硬件（硬盤）的權限，須要申請權限，經過內核來進行系統調用（API）。內核建立 page cache（頁緩存）並把用戶須要的數據從硬盤一點一點地讀取到 page cache中，當把全部數據都準備好後，一次性交給用戶進程（這是在緩存非命中的狀況下，若是命中緩存則直接返回），因而我們代碼也就讀取到了數據，（對好比PHP的 file_get_contents()的一次文件讀取過程）。

而寫入的流程則是將上面的流程逆着走一遍。遠程客戶端的數據接收同理，只是讀取的起點與寫入的終點不一樣而已。

另，無論代碼（用戶進程）從哪裏 fread 數據，遠程客戶端數據也好，硬盤數據也好，都得經過一箇中間人（內核）來讀取（由於沒有對硬件的權限）。因此在這個怎麼接收數據的問題上產生了難題：若是解決同時接收多個客戶端發送來的數據的問題（經典的C10k併發）。因而衍生出了五種IO網絡模型：

• 阻塞 I/O（blocking IO）
• 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
• I/O 多路複用（ IO multiplexing）
  socket的可讀可寫事件（待整理）
• 信號驅動 I/O（ signal driven IO）
• 異步 I/O（asynchronous IO）

而基於這5種IO模型，又衍生出不少個服務器模型（IO設計模式），如多進程/線程模型，leader/follower，Reactor，Proactor

2、服務器模型歷史

第一階段：早期服務器模型爲一個while死循環，接收一個接連，處理這個鏈接任務，返回處理結果。全程阻塞，運行中沒法處理新的鏈接。

第二階段：多進程/線程模型，即爲經典的 「connection per process/thread」，一個進程或線程，對應一個鏈接。這樣的話，有多少個進程或線程，就能處理多少個鏈接請求。

至今：對第二階段的優化。多進程/線程有不少不足，如資源的拷貝，線程的建立銷燬的開銷（leader/follower模型，線程池的空閒線程的使用），進程數或線程數上限的問題（限制了鏈接請求數），單個線程還能夠再細化（reactor模型，redis底層採用此模型）等等。如下詳細分開記筆記

3、leader-follower多線程模型

線程的三種狀態：
一、leader，使命：等待事件任務；特色：始終只有一個leader；狀態：等待。
二、processing，使命：處理任務ing；狀態：運行中。
三、follower，使命：接收leader 的通知，嘗試搶佔鎖，力圖成爲leader。狀態：空閒。

線程狀態轉化
一、Leader 等到事件任務時，放出惟一的一把鎖，通知followers搶鎖（也多是其它如FIFO的形式選leader或其它策略）。肯定某個follower成爲leader後，自身轉變爲 processing 處理任務。
二、processing 處理完任務後，轉變爲 follower，加入等待隊列。

優勢：
普通的多線程模型，當主線程接到IO事件時，會建立新的子線程，把要處理的任務數據 copy 交給新的子線程，讓它去解決問題，而主線程繼續等待請求。子線程處理完任務後，會退出線程並銷燬資源。
一、無頻繁的子線程建立、銷燬的開銷
二、無線程間的data copy

4、reactor模型

5、線程池，mysql線程池

閱讀參考：
維基百科名稱解釋
http://rango.swoole.com/archi...