Redis 网络模型

I/O 基本模型

读操作：内核将数据写入 内核缓冲区，通过系统调用把 内核缓冲区中的数据拷贝的用户缓冲区中

写操作：用户把数据写入 用户缓冲区，通过系统调用把 用户缓冲区中的数据写入到内核缓冲区中

阻塞 I/O

阶段一：

• 用户进程尝试获取数据；
• 数据未到达，内核处于等待状态
• 用户进程处于阻塞状态

阶段二

• 内核接收到数据，将数据拷贝到用户缓冲区中
• 该阶段用户进程也处于阻塞状态

非阻塞 I/O

阶段一：

• 不断执行系统调用，判断内核是否准备好数据；
• 此时用户进程处于轮询判断的状态，用户进程不阻塞

阶段二：

• 内核接收到数据，将数据拷贝到用户缓冲区中
• 该阶段用户进程也处于阻塞状态

I/O 多路复用

利用单个线程监听多个 socket，并在某个 socket 可读、可写时得到通知

阶段一：

• 用户进程调用 select，监听 socket 集合
• 任意一个或多个 socket 就绪就会返回 readable；
• 用户进程处于阻塞状态

阶段二：

• 用户进程找到可读的 socket
• 依次调用 recvfrom 读取数据
• 内核将数据拷贝到用户空间
• 用户进程处理数据

select 和 poll 相当于是当被监听的数据准备好之后，他会把你监听的 FD 整个数据都发给你，你需要到整个FD中去找，哪些是处理好了的，需要通过遍历的方式，所以性能也并不是那么好，而 epoll，则相当于内核准备好了之后，他会把准备好的数据，直接发给你，咱们就省去了遍历的动作

select

用户态将监听的 fds 数组（大小为 1024）传入内核态，内核遍历 fds 数组，如果某个数据准备好就将该数组 fds 写会到用户态中，用户态遍历整个数组，找到就绪的 fd

poll

• 创建 pollfd 数组，向其中添加关注的 fd 信息，数组大小自定义
• 调用 poll 函数，将 pollfd 数组拷贝到内核空间，转链表存储，无上限
• 内核遍历fd，判断是否就绪
• 数据就绪或超时后，拷贝 pollfd 数组到用户空间，返回就绪 fd 数量 n
• 用户进程判断n是否大于 0，大于 0 则遍历 pollfd 数组，找到就绪的 fd

与select对比：

• select模式中的 fd_set 大小固定为 1024，而 pollfd 在内核中采用链表，理论上无上限
• 监听 FD 越多，每次遍历消耗时间也越久，性能反而会下降

epoll

epoll_create：创建 一个 eventepoll 结构体，包含红黑树，用来记录监听的 fd，链表，记录就绪的 fd

epoll_ctl：把监听的 fd 注册到红黑树上，并为每一个 fd 设置一个监听函数 callback，这个函数会在 fd 就绪时触发，现在准备好了，就会把 fd 注册到 list_head 中

epoll_wait：等待 fd 事件就绪，在用户空间创建一个 event 数组，将链表中就绪的 fd 拷贝到 event 数组中

select 模式存在的三个问题：

• 能监听的 FD 最大不超过 1024
• 每次 select 都需要把所有要监听的 FD 都拷贝到内核空间
• 每次都要遍历所有 FD 来判断就绪状态

poll 模式的问题：

• poll利用链表解决了 select 中监听 FD 上限的问题，但依然要遍历所有 FD，如果监听较多，性能会下降

epoll 模式中如何解决这些问题的？

• 基于epoll实例中的红黑树保存要监听的FD，理论上无上限，而且增删改查效率都非常高
• 每个FD只需要执行一次 epoll_ctl 添加到红黑树，以后每次 epol_wait 无需传递任何参数，无需重复拷贝FD到内核空间
• 利用ep_poll_callback机制来监听FD状态，无需遍历所有FD，因此性能不会随监听的FD数量增多而下降

网络模型

Redis 的网络模型是基于 I/O 多路复用 + 事件委派的机制

1. I/O 多路复用

是指利用单个线程来同时监听多个 Socket,并在某个 Socket 可读、可写时得到通知，从而避免无效的等待，充分利用 CPU 资源。目前的 I/O 多路复用都是采用的 epoll 模式实现，它会在通知用户进程 Socket 就绪的同时，把已就绪的 Socket 写入用户空间，不需要挨个遍历 Socket 来判断是否就绪，提升了性能。

1. Redis 网络模型

就是使用 l/O 多路复用结合事件的处理器来应对多个 Socket 请求

• 连接应答处理器
• 命令回复处理器，在 Redis6.0 之后，为了提升更好的性能，使用了多线程来处理回复事件

• 命令请求处理器，在 Redis6.0 之后，将命令的转换使用了多线程，增加命令转换速度，在命令执行的时候，依然是单线程