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Workerman你必须知道的几个概念

武飞扬头像
PHP中文网
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学新通技术网

Workerman是一款纯PHP开发的开源高性能的PHP socket 服务框架。它不是一个MVC框架,而是一个更底层更通用的socket服务框架,你可以用它开发tcp代理、梯子代理、做游戏服务器、邮件服务器、ftp服务器。

实际上Workerman类似一个PHP版本的nginx,核心也是多进程 Epoll 非阻塞IO。Workerman每个进程能维持上万并发连接。由于本身常住内存,不依赖Apache、nginx、php-fpm这些容器,拥有超高的性能。

同时支持TCP、UDP、UNIXSOCKET,支持长连接,支持Websocket、HTTP、WSS、HTTPS等通讯协以及各种自定义协议。拥有定时器、异步socket客户端、异步Mysql、异步Redis、异步Http、异步消息队列等众多高性能组件。

首先需要了解一下几个核心概念,1.多进程 2.Epoll 3.非阻塞IO

1、多进程:

首先什么是进程呢,一个进程包括了代码、数据和分配给进程的资源(内存),在计算机系统里直观地说一个进程就是一个PID。操作系统保护进程空间不受外部进程干扰,即一个进程不能访问到另一个进程的内存。

有时候进程间需要进行通信,这时可以使用操作系统提供进程间通信机制。通常情况下,执行一个可执行文件操作系统会为其创建一个进程以供它运行。

但如果该执行文件是基于多进程设计的话,操作系统会在最初的进程上创建出多个进程出来,这些进程间执行的代码是一样,但执行结果可能是一样的,也可能是不一样的。

为什么需要多进程?最直观的想法是,如果操作系统支持多核的话,那么一个执行文件可以在不同的核心上跑;即使是非多核的,在一个进程在等待I/O操作时另一个进程也可以在CPU上跑,提高CPU利用率、程序的效率。

在Linux系统上可以通过fork()来在父进程中创建出子进程。一个进程调用fork()后,系统会先给新进程分配资源,例如存储数据和代码空间。然后把原来进程的所有值、状态都复制到新的进程里,只有少数的值与原来的进程不同,以区分不同的进程。

fork()函数会返回两次,一次给父进程(返回子进程的pid或者fork失败信息),一次给子进程(返回0)。至此,两个进程分道扬镳,各自运行在系统里。

2、非阻塞IO:

首先什么是IO,即input与output的操作。网络IO的本质是socket的读取,socket在linux系统被抽象为流,IO可以理解为对流的操作。对于一次IO访问(以read举例),数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中,然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。

所以说,当一个read操作发生时,它会经历两个阶段:

第一阶段(等待数据):等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)。

第二阶段(拷贝数据):将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)

对于socket流(即IO)而言,

第一步:通常涉及等待网络上的数据分组到达,然后被复制到内核的某个缓冲区。

第二步:把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。

网络IO的模型大致有如下几种:

同步模型(synchronous IO)

阻塞IO(bloking IO)资源不可用时,IO请求一直阻塞,直到反馈结果(有数据或超时)。在linux中,默认情况下所有的socket都是blocking,blocking IO的特点就是在IO执行的两个阶段(等待数据和拷贝数据两个阶段)都被block了。

非阻塞IO(non-blocking IO)资源不可用时,IO请求离开返回,返回数据标识资源不可用。在linux中,如果数据还没有准备好,那么它并不会block用户进程,内核马上返回给进程,说明这个命令不能立即满足(EAGAIN 或 EWOULDBLOCK)。因此非阻塞就是使用轮询的(polling)方式来实现。

多路复用IO(multiplexing IO) IO multiplexing就是我们说的select,poll,epoll,有些地方也称这种IO方式为event driven IO。select/epoll的好处就在于单个process就可以同时处理多个网络连接的IO。

它的基本原理就是select,poll,epoll这个function会不断的轮询所负责的所有socket,当某个socket有数据到达了,就通知用户进程。在IO multiplexing Model中,实际中,对于每一个socket,一般都设置成为non-blocking。

但是,整个用户的process其实是一直被block的。只不过process是被select这个函数block,而不是被socket IO给block。所以IO多路复用是阻塞在select,epoll这样的系统调用之上,而没有阻塞在真正的I/O系统调用如recvfrom之上。

信号驱动式IO(signal-driven IO)

异步IO(asynchronous IO)用户进程发起read操作之后,立刻就可以开始去做其它的事。而另一方面,从kernel的角度,当它受到一个asynchronous read之后,首先它会立刻返回,所以不会对用户进程产生任何block。

然后,kernel会等待数据准备完成,然后将数据拷贝到用户内存,当这一切都完成之后,kernel会给用户进程发送一个signal,告诉它read操作完成了。

3、Epoll : epoll现在就很好理解了,epoll就是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll,是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。

PS.几个需要注意的点:

1:IO多路复用是同步阻塞模型还是异步阻塞模型?

同步是需要主动等待消息通知,而异步则是被动接收消息通知,通过回调、通知、状态等方式来被动获取消息。IO多路复用在阻塞到select阶段时,用户进程是主动等待并调用select函数获取数据就绪状态消息,并且其进程状态为阻塞。所以,把IO多路复用归为同步阻塞模式。

2:到底什么是并发,高并发到底是一张怎么样的状态?

高并发的程序一般使用同步非阻塞方式而非多线程 同步阻塞方式。要理解这一点,首先要看一下并发和并行的区别。也就是说并发数是指同时进行的任务数(如同时服务的 HTTP 请求),而并行数是可以同时工作的物理资源数量(如 CPU 核数)。

通过合理调度任务的不同阶段,并发数可以远远大于并行度,这就是区区几个 CPU 可以支持上万个用户并发请求的奥秘。在这种高并发的情况下,为每个任务(用户请求)创建一个进程或线程的开销非常大。而同步非阻塞方式可以把多个 IO 请求丢到后台去,这就可以在一个进程里服务大量的并发 IO 请求。

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