信息技术大学
Socket 编程与 IO 模型
计算机基础面试八股 · 第 1 章 计算机网络
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Socket 编程与 IO 模型
计算机基础面试八股 · 第 1 章 计算机网络
Socket API 调用流程
一条连接的一生：服务端 bind/listen/accept 等客上门，客户端 connect 敲门。
服务端四步
socket、bind、listen、accept，阻塞等连接
客户端两步
socket、connect，三次握手在 connect 内完成
数据收发
连接即文件描述符，read/write 收发字节流
关闭
close 触发四次挥手，释放连接资源
服务端起服四步
从占端口到接客，四个系统调用搭好门面。
1
socket
创建通信端点，拿到文件描述符
2
bind
绑定 IP 与端口，占下门牌号
3
listen
进入监听态，排队等待连接
4
accept
取出一条连接，开始收发数据
五种 IO 模型
等 IO 的五种姿势：从干等、轮询到全异步，核心都是别让线程闲着傻等。
阻塞 IO
数据没到就挂起线程，简单但费线程
非阻塞 IO
没数据立刻返回错误，靠轮询补位
IO 多路复用
一个线程盯一批描述符，就绪才处理
信号/异步
内核通知就绪或全程代劳，应用零等待
select/poll/epoll 对比
多路复用三代目：select 全量扫描，epoll 红黑树加就绪链表扛十万连接。
select
fd 上限 1024，每次调用全量拷贝再全扫描
poll
去掉数量上限，仍是全扫描，连接多会退化
epoll
注册一次内核记账，就绪列表直达，事件驱动
触发模式
LT 没读完继续提醒；ET 只报一次，要一次读完
select 与 epoll
同是多路复用，规模一上来代价天差地别。
select
- 每次全量传入 fd 集合
- 内核线性扫描全部
- 连接少时开销可接受
epoll
- 注册后内核维护兴趣列表
- 只返回就绪的子集
- 海量连接下的必然选择
连接量小时 select 够用；C10K 之后，epoll 的事件驱动是分水岭。
Reactor 与 Proactor 模式
网络框架的两大骨架：Reactor 通知「可以读了」，Proactor 通知「已经读完」。
Reactor
内核通知就绪，应用自己读写，同步非阻塞
Proactor
内核完成读写后回调，真异步 IO
落地
Nginx/Redis 走 Reactor，Windows IOCP 是 Proactor
惊群问题
一条连接到来惊醒一窝进程，只有一个接得住，其余白醒——惊群浪费唤醒。
成因
多进程/线程等待同一事件，全部被唤醒
accept 惊群
内核已修复：只唤醒一个等待者
epoll 惊群
用 EPOLLEXCLUSIVE 或 SO_REUSEPORT 化解
本节要点
- ✓服务端四步：socket/bind/listen/accept
- ✓IO 多路复用：一线程看护一批描述符
- ✓epoll 就绪直达，海量连接的分水岭
- ✓Reactor 通知就绪，Proactor 通知完成
延伸主题：写一个 echo server读读 Redis 事件循环
课后思考
先自己回答，再展开参考答案——能讲出来才算真懂。
1epoll 为什么快？快在省掉了哪些动作？
参考答案select 每次把整个 fd 集合拷进内核再线性扫描；epoll 注册一次、内核维护兴趣列表，事件到来只返回就绪子集——全量拷贝与全量扫描都被省掉，开销只与活跃连接相关。
2阻塞 IO 真的一无是处吗？
参考答案连接少、逻辑简单时阻塞模型代码直观、不易出错；它的成本是每连接占一个线程，连接规模一大才撑不住。模型选型看规模与团队，不看新旧。
3ET 模式为什么必须配合非阻塞 IO？
参考答案ET 只在状态变化时通知一次，应用必须一次把数据读干净；阻塞读在缓冲清空后会挂起线程，整个事件循环随之卡死。非阻塞读到 EAGAIN 才算收尾。