linux IO学习笔记 （持续更新错误）

linux 学习笔记

1、linux的缓存IO机制

从权限上来讲，内核拥有权限很高，可访问全部底层硬件。而用户（进程）的权限相对较低，而这样的目的即是为了保护内核的安全。
从内存空间上来讲，操做系统把内存分红了两份，一份给内核用（称为内核空间），一份给用户（进程）用（称为用户空间），二者绝对的互不干扰。（windows的蓝屏缘由：硬件驱动与系统的不兼容，驱动代码运行在系统内核空间，若是出错就会影响到系统内核，进而系统崩溃，机子死机。而QQ崩溃就不会形成机子死机，由于QQ运行在用户空间）
因此内核的数据与用户的数据不共享，内核若是要把任务（数据）交给用户（进程），就会有一个data copy的过程。

代码获取硬盘文件内数据的过程（IO的一次访问）：用户（进程）不具备对硬件（硬盘）的权限，须要申请权限，经过内核来进行系统调用（API）。内核建立 page cache（页缓存）并把用户须要的数据从硬盘一点一点地读取到 page cache中，当把全部数据都准备好后，一次性交给用户进程（这是在缓存非命中的状况下，若是命中缓存则直接返回），因而我们代码也就读取到了数据，（对好比PHP的 file_get_contents()的一次文件读取过程）。

而写入的流程则是将上面的流程逆着走一遍。远程客户端的数据接收同理，只是读取的起点与写入的终点不一样而已。

另，无论代码（用户进程）从哪里 fread 数据，远程客户端数据也好，硬盘数据也好，都得经过一个中间人（内核）来读取（由于没有对硬件的权限）。因此在这个怎么接收数据的问题上产生了难题：若是解决同时接收多个客户端发送来的数据的问题（经典的C10k并发）。因而衍生出了五种IO网络模型：

• 阻塞 I/O（blocking IO）
• 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
• I/O 多路复用（ IO multiplexing）
  socket的可读可写事件（待整理）
• 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
• 异步 I/O（asynchronous IO）

而基于这5种IO模型，又衍生出不少个服务器模型（IO设计模式），如多进程/线程模型，leader/follower，Reactor，Proactor

2、服务器模型历史

第一阶段：早期服务器模型为一个while死循环，接收一个接连，处理这个链接任务，返回处理结果。全程阻塞，运行中没法处理新的链接。

第二阶段：多进程/线程模型，即为经典的 “connection per process/thread”，一个进程或线程，对应一个链接。这样的话，有多少个进程或线程，就能处理多少个链接请求。

至今：对第二阶段的优化。多进程/线程有不少不足，如资源的拷贝，线程的建立销毁的开销（leader/follower模型，线程池的空闲线程的使用），进程数或线程数上限的问题（限制了链接请求数），单个线程还能够再细化（reactor模型，redis底层采用此模型）等等。如下详细分开记笔记

3、leader-follower多线程模型

线程的三种状态：
一、leader，使命：等待事件任务；特色：始终只有一个leader；状态：等待。
二、processing，使命：处理任务ing；状态：运行中。
三、follower，使命：接收leader 的通知，尝试抢占锁，力图成为leader。状态：空闲。

线程状态转化
一、Leader 等到事件任务时，放出惟一的一把锁，通知followers抢锁（也多是其它如FIFO的形式选leader或其它策略）。肯定某个follower成为leader后，自身转变为 processing 处理任务。
二、processing 处理完任务后，转变为 follower，加入等待队列。

优势：
普通的多线程模型，当主线程接到IO事件时，会建立新的子线程，把要处理的任务数据 copy 交给新的子线程，让它去解决问题，而主线程继续等待请求。子线程处理完任务后，会退出线程并销毁资源。
一、无频繁的子线程建立、销毁的开销
二、无线程间的data copy

4、reactor模型

5、线程池，mysql线程池

阅读参考：
维基百科名称解释
http://rango.swoole.com/archi...