Linux高性能服务器编程：高性能服务器程序框架

服务器有三个主要模块：

（1）I/O处理单元

（2）逻辑单元

（3）存储单元

1.服务器模型

C/S模型

逻辑：服务器启动后，首先创建一个或多个监听socket，并调用bind函数将其绑定到服务器感兴趣的端口上，然后调用listen函数等待客户连接。

服务器运行稳定后，客户端就可以调用connect函数向服务器发起连接了。

P2P模型

P2P模型使得每台机器在消耗服务的同时也给别人提供服务，这样资源能够充分、自由的共享。

2.服务器编程框架

包含：

I/O处理单元  请求队列   逻辑单元   请求队列  网络存储单元

I/O处理单元：处理客户连接，读写网络数据

逻辑单元：业务进程或线程

网络存储单元：本地数据库、文件或缓存

请求队列：各单元之间的通信方式

3. I/O模型

阻塞I/O执行的系统调用可能因为无法立即完成而被操作系统挂起，知道等待的事件发生为止。可能阻塞的系统调用包括：accept，send，recv和connect。

非阻塞I/O执行的系统调用则总是立即返回，而不管时间是否发生。如果事件没有立即发生，这些系统调用就返回-1，和出错的情况一样。必须根据errno来区分这两种情况。

对accept，send和recv而言，事件未发生时errno通常被设置成EAGAIN或者EWOULDBLOCK：对connect而言，errno则被设置成EINPROGRESS。

显然，只有在事件已经发生的情况下操作非阻塞I/O，才能提高程序的效率。I/O通知机制有：I/O复用和SIGIO信号。

I/O复用：应用程序通过I/O复用函数向内核注册一组事件，内核通过I/O复用函数把其中就绪的事件通知给应用程序。Linux上常用I/O复用函数是selcet、poll和epoll_wait。I/O复用本身是阻塞的，能提高效率的原因是

它们具有同时监听多个I/O事件的能力。

SIGIO信号：可以为一个目标文件描述符指定宿主进程，那么被指定的宿主进程将捕获到SIGIO信号。这样，当目标文件描述符上有事件发生时，SIGIO信号的信号处理函数将被触发，可以在该信号处理函数中对目标文件描述符执行非阻塞I/O操作了。

理论上说，阻塞I/O，I/O复用和信号驱动I/O都是I/O同步模型。在这三种模型中，I/O的读写操作，都是I/O事件发生之后，由应用程序来完成的。

对异步I/O而言，用户可以直接对I/O执行读写操作，这些操作告诉内核用户读写缓冲区的位置，以及I/O操作完成之后内核通知应用程序的方式，异步I/O的读写操作总是立即返回，而不论I/O是否是阻塞的，因为真正的读写操作已经由内核接管。

也就是说，同步I/O模型要求用户代码自行执行I/O操作（将数据从内核缓冲区读入用户缓冲区，或将数据从用户缓冲区写入内核缓冲区），而异步I/O机制则由内核来执行I/O操作（数据在内核缓冲区和用户缓冲区之间的移动是由内核在“后台”完成的）。

同步I/O向应用程序通知的是I/O就绪事件，而异步I/O向应用程序通知的是I/O完成事件。

4.两种高效的事件处理模式

使用同步I/O模型实现Reactor模式：

（1）主线程往epoll内核事件表中 注册socket上的读就绪事件。

（2）主线程调用epoll_wait等待socket上有数据可读。

（3）当socket上有数据可读时，epoll_wait通知主线程，主线程将socket事件放入请求队列中。

（4）睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒，从socket读取数据，并处理客户请求，然后往epoll内核事件表中注册该事件的写就绪事件。

（5）主线程调用epoll_wait等待socket可写。

（6）当socket可写时，epoll_wait通知主线程。主线程将socket可写事件放入请求队列。

（7）睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒，它往socket上写入服务器处理客户请求的结果。

Proactor模式

Proactor模式将所有I/O操作都交给主线程和内核来处理，工作线程仅仅负责业务逻辑。

半同步/半异步：

同步线程用于处理客户逻辑，异步线程用于处理I/O事件。

异步线程由主线程充当。负责监听所有socket上的事件。若监听socket上有可读事件发生，即有新的连接到来，主线程就接受之以得到新的连接socket，然后往epoll内核事件表中注册该socket上的读写事件。

如果连接socket上有读写事件发生，即有新的客户请求到来或有数据要发送到客户端，主线程就将该连接socket插入请求队列中。所有工作线程都睡眠在请求队列上，当有任务带来时，将通过竞争获得任务的接管权。

缺点：

主线程和工作线程共享请求队列。主线程往请求队列中添加任务，或者工作线程从请求队列中取出任务，都需要对请求队列加锁保护，从而拜拜浪费CPU时间。

每个工作线程在同一时间只能处理一个客户请求。