IO多路复用

概述

假设你是一个机场的空管，你需要管理到你机场的所有的航线，包括进港，出港， 有些航班需要放到停机坪等待，有些航班需要去登机口接乘客。

最简单的做法，就是你去招一大批空管员，然后每人盯一架飞机， 从进港，接客，排位， 出港，航线监控，直至交接给下一个空港，全程监控。

那么问题就来了：

• 很快你就发现空管塔里面聚集起来一大票的空管员，交通稍微繁忙一点，新的空管员就已经挤不进来了。
• 空管员之间需要协调，屋子里面就1, 2个人的时候还好，几十号人以后 ，基本上就成菜市场了。
• 空管员经常需要更新一些公用的东西，比如起飞显示屏，比如下一个小时后的出港排期，最后你会很惊奇的发现，每个人的时间最后都花在了抢这些资源上。

现实上我们的空管同时管几十架飞机稀松平常的事情， 他们用flight progress strip这个东西：

每一个块代表一个航班，不同的槽代表不同的状态， 然后一个空管员可以管理一组这样的块（一组航班）。 他的工作，就是在航班信息有新的更新的时候，把对应的块放到不同的槽子里面。 这个东西现在还没有淘汰，只是变成电子的了而已……是不是觉得一下子效率高了很多， 一个空管塔里可以调度的航线可以是前一种方法的几倍到几十倍。

如果你把每一个航线当成一个Sock（I/O 流）, 空管当成你的服务端Sock管理代码的话：

• 第一种方法就是最传统的多进程并发模型（每进来一个新的I/O流会分配一个新的进程管理）；
• 第二种方法就是I/O多路复用（单个线程，通过记录跟踪每个I/O流（sock）的状态，来同时管理多个I/O流 。）

其实「I/O多路复用」这个坑爹翻译可能是这个概念在中文里面如此难理解的原因。 所谓的I/O多路复用在英文中其实叫 I/O multiplexing. 如果你搜索multiplexing啥意思， 基本上都会出这个图：

于是大部分人都错误联想到「一根网线，多个sock复用」 这个概念， 其实不管你用多进程还是I/O多路复用，网线都只有一根。 多个Sock复用一根网线这个功能是在内核＋驱动层实现的。

重要的事情再说一遍： I/O multiplexing 这里面的 multiplexing 指的其实是在单个线程 通过记录跟踪每一个Sock（I/O流）的状态（对应空管塔里面的Fight progress strip槽） 来同时管理多个I/O流. 发明它的原因，是尽量多的提高服务器的吞吐能力。 是不是听起来好拗口，看个图就懂了.

多路复用的具体实现

select, poll, epoll 都是I/O多路复用的具体的实现，他们出现是有先后顺序的。

select

I/O多路复用这个概念被提出来以后， select是第一个实现 （1983 左右在BSD里面实现的）。 select 被实现以后，很快就暴露出了很多问题。

• select 会修改传入的参数数组，这个对于一个需要调用很多次的函数，是非常不友好的。
• select 如果任何一个sock（I/O stream）出现了数据，select 仅仅会返回， 但是并不会告诉你是那个sock上有数据，于是你只能自己一个一个的找， 10几个sock可能还好，要是几万的sock每次都找一遍，这个无谓的开销就大了。
• select 只能监视1024个链接， linux 定义在头文件中的，参见FD_SETSIZE。
• select 不是线程安全的，如果你把一个sock加入到select, 然后突然另外一个线程发现 这个sock不用要收回。对不起，这个select 不支持的，如果你关掉这个sock, select的标准行为是。。呃。。不可预测的， 这个可是写在文档中的哦.

If a file descriptor being monitored by select() is closed in another thread, the result is unspecified

poll

于是14年以后（1997年）一帮人又实现了poll, poll 修复了select的很多问题，比如：

• poll 去掉了1024个链接的限制，于是要多少链接呢， 主人你开心就好。
• poll 从设计上来说，不再修改传入数组，不过这个要看你的平台了，所以行走江湖，还是小心为妙。

其实拖14年那么久也不是效率问题， 而是那个时代的硬件实在太弱， 一台服务器处理1千多个链接简直就是神一样的存在了，select很长段时间已经满足需求。

但是poll仍然不是线程安全的。 这就意味着，不管服务器有多强悍， 你也只能在一个线程里面处理一组I/O流。你当然可以那多进程来配合了， 不过然后你就有了多进程的各种问题。

epoll

于是5年以后, 在2002, 大神 Davide Libenzi 实现了epoll。epoll 可以说是 I/O 多路复用最新的一个实现，epoll 修复了poll 和select绝大部分问题, 比如：

• epoll 现在是线程安全的。
• epoll 现在不仅告诉你sock组里面数据，还会告诉你具体哪个sock有数据，你不用自己去找了。

可是epoll 有个致命的缺点：

• 只有linux支持。比如BSD上面对应的实现是kqueue。
• 其实有些国内知名厂商把epoll从安卓里面裁掉。所以安卓上p2p软件可能性能不佳。

ngnix 的设计原则里面， 它会使用目标平台上面最高效的I/O多路复用模型咯， 所以才会有这个设置。一般情况下，如果可能的话，尽量都用epoll/kqueue 吧。