从根上理解高性能、高并发(三)：深入操作系统，彻底理解I/O多路复用

JackJiang · 2 年前

本文原题“终于明白了，一文彻底理解I/O多路复用”，本次收录已征得作者同意，转载请联系作者（见“2、本文作者”一节）。即时通讯网收录时有少许改动。

1、系列文章引言

1.1文章目的

作为即时通讯技术的开发者来说，高性能、高并发相关的技术概念早就了然与胸，什么线程池、零拷贝、多路复用、事件驱动、epoll等等名词信手拈来，又或许你对具有这些技术特征的技术框架比如：Java的Netty、Php的workman、Go的gnet等熟练掌握。但真正到了面视或者技术实践过程中遇到无法释怀的疑惑时，方知自已所掌握的不过是皮毛。

返璞归真、回归本质，这些技术特征背后的底层原理到底是什么？如何能通俗易懂、毫不费力真正透彻理解这些技术背后的原理，正是《从根上理解高性能、高并发》系列文章所要分享的。

1.2文章源起

我（Jack Jiang）为即时通讯网整理了相当多有关IM、消息推送等即时通讯技术相关的资源和文章，从最开始的开源IM框架MobileIMSDK，到网络编程经典巨著《TCP/IP详解》的在线版本，再到IM开发纲领性文章《新手入门一篇就够：从零开发移动端IM》，以及网络编程由浅到深的《网络编程懒人入门》、《脑残式网络编程入门》、《高性能网络编程》、《不为人知的网络编程》系列文章。

越往知识的深处走，越觉得对即时通讯技术了解的太少。于是后来，为了让开发者门更好地从基础电信技术的角度理解网络（尤其移动网络）特性，我跨专业收集整理了《IM开发者的零基础通信技术入门》系列高阶文章。这系列文章已然是普通即时通讯开发者的网络通信技术知识边界，加上之前这些网络编程资料，解决网络通信方面的知识盲点基本够用了。

对于即时通讯IM这种系统的开发来说，网络通信知识确实非常重要，但回归到技术本质，实现网络通信本身的这些技术特征：包括上面提到的线程池、零拷贝、多路复用、事件驱动等等，它们的本质是什么？底层原理又是怎样？这就是整理本系列文章的目的，希望对你有用。

1.3文章目录

1.4本篇概述

接上篇《深入操作系统，理解I/O与零拷贝技术》，本篇是高性能、高并发系列的第3篇文章，上篇里我们讲到了I/O技术，本篇将以更具象的文件这个话题入手，带你一步步理解高性能、高并发服务端编程时无法回避的I/O多路复用及相关技术。

本文已同步发布于“即时通讯技术圈”公众号，欢迎关注。公众号上的链接是：点此进入。

2、本文作者

应作者要求，不提供真名，也不提供个人照片。

本文作者主要技术方向为互联网后端、高并发高性能服务器、检索引擎技术，网名是“码农的荒岛求生”，公众号“码农的荒岛求生”。感谢作者的无私分享。

3、什么是文件？

在正式展开本文的内容之前，我们需要先预习一下文件以及文件描述符的概念。

程序员使用I/O最终都逃不过文件这个概念。

在Linux世界中文件是一个很简单的概念，作为程序员我们只需要将其理解为一个N byte的序列就可以了：

b1, b2, b3, b4, ....... bN

实际上所有的I/O设备都被抽象为了文件这个概念，一切皆文件（Everything is File），磁盘、网络数据、终端，甚至进程间通信工具管道pipe等都被当做文件对待。

所有的I/O操作也都可以通过文件读写来实现，这一非常优雅的抽象可以让程序员使用一套接口就能对所有外设I/O操作。

常用的I/O操作接口一般有以下几类：

1）打开文件，open；
2）改变读写位置，seek；
3）文件读写，read、write；
4）关闭文件，close。

程序员通过这几个接口几乎可以实现所有I/O操作，这就是文件这个概念的强大之处。

4、什么是文件描述符？

在上一篇《深入操作系统，理解I/O与零拷贝技术》中我们讲到：要想进行I/O读操作，像磁盘数据，我们需要指定一个buff用来装入数据。

一般都是这样写的：

read(buff);

但是这里我们忽略了一个关键问题：那就是，虽然我们指定了往哪里写数据，但是我们该从哪里读数据呢？

从上一节中我们知道，通过文件这个概念我们能实现几乎所有I/O操作，因此这里少的一个主角就是文件。

那么我们一般都怎样使用文件呢？

举个例子：如果周末你去比较火的餐厅吃饭应该会有体会，一般周末人气高的餐厅都会排队，然后服务员会给你一个排队序号，通过这个序号服务员就能找到你，这里的好处就是服务员无需记住你是谁、你的名字是什么、来自哪里、喜好是什么、是不是保护环境爱护小动物等等，这里的关键点就是：服务员对你一无所知，但依然可以通过一个号码就能找到你。

同样的：在Linux世界要想使用文件，我们也需要借助一个号码，根据“弄不懂原则”，这个号码就被称为了文件描述符（file descriptors），在Linux世界中鼎鼎大名，其道理和上面那个排队号码一样。

因此：文件描述仅仅就是一个数字而已，但是通过这个数字我们可以操作一个打开的文件，这一点要记住。

有了文件描述符，进程可以对文件一无所知，比如文件在磁盘的什么位置、加载到内存中又是怎样管理的�

本文目录