基于 I/O多路复用的并发编程

I/O 多路复用（I/O multiplexing）技术的基本思想是使用 select 函数，要求内核挂起进程，只有在一个或多个 I/O 事件发生后，才将控制返回给应用程序。

select 的几个关键点

1. select 监控的时文件描述符集合

   在 Unix 里，socket，管道，标准输入输出，本质上都能抽象成 fd

2. select 默认是阻塞等待

   如果没有任何 fd 就绪，他就“睡着”，有事件来了才返回。

3. 返回后要自己判断是哪几个 fd 就绪了

4. select 适合 fd 数量不太大时使用，因为它每次都要扫描集合，效率一般。

• 线程并发：一个连接一个线程，各等各的。
• I/O 多路复用：一个线程盯很多连接，谁就绪处理谁

多个都 ready 时，一个个处理

相比普通阻塞 read / accept，I/O 多路复用可以同时服务多个 I/O 对象。

进程的优劣

对于在父、子进程间共享状态信息，进程有一个非常清晰的模型：共享文件表，但是不共享用户地址空间。进程有独立的地址空间既是优点也是缺点。

优点：这样一来，一个进程不可能不小心覆盖另一个进程的虚拟内存（隔离性）。

缺点：另一方面，独立的地址空间使得进程共享状态信息变得更加困难。为了共享信息，它们必须使用显式的 IPC（进程间通信）机制，他们往往比较慢，因为进程控制和 IPC 的开销很高。

I/O 多路复用技术的优劣

I/O 多路复用可以做并发事件驱动程序的基础。在事件驱动程序中，某些事件会导致流向前推进。一般的思路是将逻辑流模型化（画）为状态机。

服务器使用 I/O 多路复用，借助 select 函数检测输入事件的发生。当每个已连接描述符准备好可读时，服务器就为相应的状态机执行转移，在这里就是从描述符读和写回一个文本行。

事件驱动设计的优点：

1. 它比基于进程的设计给了程序员更多的对程序行为的控制
   1. 基于进程的设计把请求处理交给 OS 调度器处理，用户无法控制
   2. 基于 I/O 多路复用的事件驱动设计，程序员更直接地控制 I/O 事件处理顺序、时机和粒度
2. 一个基于 I/O 多路复用的事件驱动服务器是运行在单一进程上下文中的，因此每个逻辑流都能访问该进程的全部地址空间。这使得在流之间共享数据变得容易。且可以像对顺序程序那样用调试工具调试并发服务器
3. 事件驱动设计常常比基于进程的设计要高效的多。因为他们不需要进程上下文切换来调度新的流。

缺点：

1. 编码复杂。随着并发粒度的减小，复杂性还会上升。这里的粒度是指每个逻辑流每个时间片执行的指令数量。
2. 不能充分利用多核处理器

基于线程的并发编程——基于进程和基于I/O多路复用方法的混合

线程就是运行在进程上下文的逻辑流

线程由内核自动调度。每个线程都有自己的线程上下文，包括唯一线程ID（TID），栈，栈指针，程序计数器，通用目的寄存器和条件码

所有运行在一个进程里的线程共享该进程的整个虚拟地址空间

线程执行与进程的不同处：

1. 线程的上下文切换要比进程的上下文切换快得多

2. 线程不像进程那样，不是按照严格的父子层次来组织的

   和一个进程相关的线程组成一个对等（线程）池，独立于其他线程创建的线程

主线程和其他线程的区别仅在于它总是进程中第一个运行的线程

对等（线程）池概念的主要影响是，一个线程可以杀死它的任何对等线程，或者等待它的任何对等线程终止。每个对等线程都能读写相同的共享数据

互斥锁加锁规则：给定所有互斥操作的一个全序，如果每个线程都是以一种顺序获得互斥锁并以相反的顺序释放，那么这个程序就是无死锁的。