IO复用、多进程和多线程三种并发编程模型
I/O复用模型
I/O复用原理:让应用程序可以同时对多个I/O端口进行监控以判断其上的操作是否可以进行,达到时间复用的目的。在书上看到一个例子来解释I/O的原理,我觉得很形象,如果用监控来自10根不同地方的水管(I/O端口)是否有水流到达(即是否可读),那么需要10个人(即10个线程或10处代码)来做这件事。如果利用某种技术(比如摄像头)把这10根水管的状态情况统一传达到某一点,那么就只需要1个人在那个点进行监控就行了,而类似与select或epoll这样的多路I/O复用机制就好比是摄像头的功能,它们能够把多个I/O端口的状况反馈到同一处,比如某个特定的文件描述符上,这样应用程序只需利用对应的select()或epoll_wait()系统调用阻塞关注这一处即可。
I/O多路复用的优劣:由于I/O多路复用是在单一进程的上下文中的,因此每个逻辑流程都能访问该进程的全部地址空间,所以开销比多进程低得多;缺点是编程复杂度高。
多进程模型
优点
- 每个进程互相独立,不影响主程序的稳定性,子进程崩溃没关系;
- 通过增加CPU,就可以容易扩充性能;
- 可以尽量减少线程加锁/解锁的影响,极大提高性能,就算是线程运行的模块算法效率低也没关系;
- 每个子进程都有2GB地址空间和相关资源,总体能够达到的性能上限非常大
缺点
- 逻辑控制复杂,需要和主程序交互;
- 需要跨进程边界,如果有大数据量传送,就不太好,适合小数据量传送、密集运算
- 多进程调度开销比较大;
多线程模型
线程和进程的执行模型有些相似,每个进程的声明周期都是一个线程,我们称之为主线程。线程是对等的,主线程跟其他线程的区别就是它先执行。
优点
- 无需跨进程边界;
- 程序逻辑和控制方式简单;
- 所有线程可以直接共享内存和变量等;
- 线程方式消耗的总资源比进程方式好;
缺点
- 每个线程与主程序共用地址空间,受限于2GB地址空间;
- 线程之间的同步和加锁控制比较麻烦;
- 一个线程的崩溃可能影响到整个程序的稳定性;
- 到达一定的线程数程度后,即使再增加CPU也无法提高性能,例如Windows Server 2003,大约是1500个左右的线程数就快到极限了(线程堆栈设定为1M),如果设定线程堆栈为2M,还达不到1500个线程总数;
- 线程能够提高的总性能有限,而且线程多了之后,线程本身的调度也是一个麻烦事儿,需要消耗较多的CPU
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