高性能网络设计

reactor

io_uring

版本问题

io_uring 是 aio，Linux也有aio呢？我之前学boost::asio时还说linux网络还没aio呢……现在终于有了！以前就Window有AIO (IOCP)

这个是 Linux Kernel 5.1 版本加入的，并在 5.10 版本后才得到较好支持，libaio 即将埋入黄土。参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/62682475

发行版本	发行时间	内核版本	发布时间
18.04	2018.04.26	4.15	2018.01
18.10	2018.10.18	4.18	2018.08
19.04	2019.04.18	5.0	2019.03
19.10	2019.10.17	5.2	2019.07
20.04	2020.04.23	5.4	2019.11
22.04.2 LTS		6.2

版本对照如上

以前的Linux操作是：

• 网络用epoll
• 磁盘操作用多线程
• 大文件和数据库用libaio (io_uring 可能代替之)

不过io_uring现在有系统调用了，但库现在还未调研，不知道支持好不好

同步io、异步、aio

• 同步
  • read：读->等
  • write
• 异步
  • read_request
  • write_……
• aio
  • aio_read

同步与异步用来处理两者之间的关系

实现细节

环形队列

环形队列实现方式

• 链表
  • 好处：插入简单、删除简单
  • 坏处：有锁（双向链表）
• 连续内存 (数组)：逻辑环，双指针快
  • 好处：无锁队列、原子操作
  • 坏处：读写需要拷贝
• io_uring 一般选择后者比较多，考量为：
  • 链表容易出现很多小的内存，不好
  • 连续内存的另一个好处是，可以做共享内存的映射
  • 不过链表法还有另一种分支：手动管理内存，也能避免上面那个缺点，也还不错

两个环：

• submit queue, sq
• complete queue, sq
• 这两个环是使用了mmap映射的，这两个环是用户空间和内核空间共享的，所以取的时候是零拷贝

操作流程：

1. 每次读请求，放到sq
2. 处理完的结果，放到cq
3. 遍历cq

io_uring

• liburing：用户态
• 3个syscall：内核态

tcp

tcp

• accept()
• recv()
• send()

流程

1. 客户多次连接，多次accept
2. recv
3. send
4. close

代码

略

其他

• fio

• iops，每秒的io次数

• iodepth，异步时ring的长度

• 理论

• 代码实现

• 应用场景

• 更好的解决方案

协程

用户态协议栈 三部曲 uio，数据帧，协议栈

透过tcp server看到网络编程，多线程，网络协议栈

手撕 epoll 组件