Linux高性能网络IO处理

单进程模式:select、poll与epoll

select和poll都是非阻塞的,监视一组文件描述的读写状态,对满足条件的文件描述符进行操作,实现单线程处理多请求。select监控的文件描述符数量有限制,32位系统默认1024个,poll对select进行了改进,只受系统文件描述符数量的限制。

select和poll采用的都是轮询文件描述符列表的方式,效率较低,并且文件描述符要在用户空间和内核空间来回传送,增加了处理成本。

epoll在内核中用红黑树管理文件描述符集合,避免了文件描述符的传递,同时使用事件驱动机制,不需要轮询文件描述符集合。

多进程模式1:主进程+多子进程

主进程初始化套接字bind()+listen()、管理子进程的生命周期,子进程通过accpet()、epoll_wait()处理相同的套接字。accept和epoll存在“惊群”问题,accept在Linux2.6中解决了,epoll在Linux4.5中,通过EPOLLEXCLUSIVE解决。

惊群: 网络I/O事件发生时,同时有多个进程被唤醒,但最终只有一个进程响应事件,其它进程被不必要的唤醒。

多进程模式2:端口复用

Linux3.9提供了SO_REUSEPORT,支持多进程复用同一个端口,内核保证将到达该端口的请求均衡分发给监听的进程。同时内核确保只有进程被唤醒,不存在惊群的问题。

nginx1.9.1端口复用

绕过内核协议栈1:DPDK

DPDK直接在用户态轮询硬件网卡,绕过了内核协议栈,还通过huagepage、cpu绑定、内存对齐、流水线并发等多种机制,提高报文的处理效率:

dpdk工作原理

绕过内核协议栈2:XDP

XDP(eXpress Data Path)是Linux内核(4.8以上)提供的高性能网络数据路径,在网络包进入内核协议栈之前进行处理。XDP是基于Linux内核的eBPF机制实现的:

XDP工作原理

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