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大家都知道BIO十分的低效，而网络编程中的IO多路复用遍及比较高效。
现在，io_uring已经能够挑战NIO的，功用十分强壮。io_uring在2019加入了Linux内核，目前5.1+的内核，能够选用这个功用。
跟着一步步的优化，体系调用这个大家伙，调用次数越来越少了。
一、功能消耗在哪里？
在Linux的功能指标里，有us和sy两个指标，运用top命令能够很方便的看到。
us是用户进程的意思，而sy是在内核中所运用的cpu占比。假如进程在内核态和用户态切换的十分频繁，那么功率大部分就会糟蹋在切换之上。
一次内核态和用户态切换的时刻，遍及在微秒级别以上，能够说十分贵重了。
cpu的功能是固定的，在无用的东西上糟蹋越小，在真正业务上的处理就功率越高。影响功率的有两个方面。
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进程或者线程的数量，引起过多的上下文切换。进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能产生在内核态。所以，假如你的代码切换了线程，它必然伴跟着一次用户态和内核态的切换。
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IO的编程模型，引起过多的体系态和内核态切换。比方同步堵塞等候的模型，需求经过数据接纳、软中止的处理（内核态），然后唤醒用户线程（用户态），处理完毕之后再进入等候状态（内核态）。
关于mmap，能够参考这篇文章。
《OS近距离：mmap给你想要的快！》
二、BIO
能够说，BIO这种形式，在线程数量上爆破，编程模型陈旧，把功能低的原因全给占了。
通常情况下，BIO一条衔接就对应着一个线程。BIO的读写操作是堵塞的，线程的整个生命周期和衔接的生命周期是一样的，而且不能够被复用。
假如衔接有1000条，那就需求1000个线程。线程资源是十分贵重的，除了占用许多的内存，还会占用十分多的CPU调度时刻，所以BIO在衔接十分多的情况下，功率会变得十分低。
BIO的编程模型，也存在许多缺陷。因为它是堵塞性编程形式，在有数据的时分，需求内核告诉它；在没有数据的时分，需求堵塞wait在相应的socket上。这两个操作，都涉及到内核态和用户态的切换。假如数据报文十分频繁，BIO就需求这么一向切换。
三、NIO
说到NIO，Java中运用的是Epoll，Netty运用的是改良后的Epoll，它们都是多路复用，只不过叫惯了，所以称作NIO。
选用Reactor编程模型，能够选用十分少的线程，就能够应对海量的Socket衔接。
一旦有新的事情到达，比方有新的衔接到来，主线程就能够被调度到，程序就能够向下履行。这时分，就能够依据订阅的事情告诉，持续获取订阅的事情。
NIO是基于事情机制的，有一个叫做Selector的选择器，堵塞获取关注的事情列表。获取到事情列表后，能够经过分发器，进行真正的数据操作。
熟悉Netty的同学能够看到，这个模型便是Netty设计的根底。在Netty中，Boss线程对应着对衔接的处理和分配，相当于mainReactor；Work线程 对应着subReactor，运用多线程担任读写事情的分发和处理。
经过Selector选择器，NIO将BIO中频繁的wait和notify操作，集中在了一同，许多的削减了内核态和用户态的切换。在网络流量比较高的时分，Selector乃至都不会堵塞，它将一向处于处理数据的过程中。
这种形式将每个组件的职责分的更细，耦合度也更低，能有效的处理C10k问题。
四、io_uring
但是，NIO依然有许多的体系调用，那便是Epoll的epoll_ctl。别的，获取到网络事情之后，还需求把socket的数据进行存取，这也是一次体系调用。虽然相对于BIO来说，上下文切换次数已经削减许多，但它依然花费了比较多的时刻在切换之上。
IO只担任对产生在fd描述符上的事情进行告诉。事情的获取和告诉部分对错堵塞的，但收到告诉之后的操作，却是堵塞的。即使运用多线程去处理这些事情，它依然是堵塞的。
假如能把这些体系调用都放在操作体系里完结，那么就能够节省下这些体系调用的时刻，io_uring便是干这个的。
如图，用户态和内核态同享提交行列（submission queue）和完结行列（completion queue），这两条行列经过mmap同享，高效且安全。
（SQ）给内核源源不断的布置任务，然后从别的一条行列（CQ）获取成果；内核则按需进行 epoll()，并在一个线程池中履行就绪的任务。
用户态支撑Polling形式，不会产生中止，也就没有体系调用，经过轮询即可消费事情；内核态也支撑Polling形式，相同不会产生上下文切换。
能够看出关键的设计在于，内核经过一块和用户同享的内存区域进行音讯的传递，能够绕过Linux 的 syscall 机制。
rocksdb、ceph等应用，已经在尝试这些功用，跟着内核io_uring的成熟，信任网络编程在功率上会更上一层楼。
作者简介：小姐姐滋味 (xjjdog)，一个不允许程序员走弯路的大众号。聚集根底架构和Linux。十年架构，日百亿流量，与你探讨高并发国际，给你不一样的滋味。我的个人微信xjjdog0，欢迎添加老友，进一步沟通。
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