《RPC实战与核心原理》学习笔记Day3

04 | 网络通信：RPC框架在网络通信上更倾向于哪种网络IO模型？

网络通信在RPC调用中有什么作用？

RPC是解决进程间通信的一种方式，一次RPC调用，本质就是服务消费者与服务提供者之间的一次网络信息交换的过程。服务调用者通过网络IO发送一条请求消息，服务提供者接收并解析，处理完相关的业务逻辑之后，再发送一条响应消息给服务调用者，服务调用者接收并解析响应消息，处理完相关的响应逻辑，一次RPC调用便结束了。我们可以说，网络通信是整个RPC调用流程的基础。

有哪些常见的网络IO模型？

常见的网络IO模型分为四种：同步阻塞IO（BIO）、同步非阻塞IO（NIO）、IO多路复用和异步非阻塞IO（AIO）。其中AIO是异步IO，其他三种都是同步IO。
最常用的IO模型是同步阻塞IO和IO多路复用。

阻塞IO的工作流程是怎样的？

应用进程发起IO系统调用后，应用进程被阻塞，转到内核空间处理。内核开始等待数据，等待到数据之后，再将内核中的数据拷贝到用户内存中，整个IO处理完毕后返回进程。最后应用进程解除阻塞状态，运行业务逻辑。
系统内核在处理IO操作时，主要分为两个阶段：等待数据和拷贝数据。在此期间，应用进程中进行IO操作的线程一直会处于阻塞状态。

什么是IO多路复用？

多路就是指多个通道，也就是多个网络连接的IO，复用指多个通道复用在一个复用器上。
多个网络连接的IO可以注册到一个复用器（select）上，当用户进程调用了select，整个进程会被阻塞，同时，内核会监视所有socket负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这时用户进程再调用read操作，将数据从内核中拷贝到用户进程。
IO多路复用的优势在于用户可以在一个线程内同时处理多个socket的IO请求，用户可以注册多个socket，然后不断地调用select读取被激活的socket，这样可以达到在同一个线程内同时处理多个IO请求的目的。

有哪些常见的框架或者工具会使用IO多路复用？

Java中的NIO、Redis、Nginx、Reactor模式等。

在高性能的网络编程框架的编写上，大多数都是基于Reactor模式做的，其中的典型就是Java的Netty框架。

RPC调用在大多数情况下，是一个高并发调用的场景，考虑到系统内核的支持、编程语言的支持以及IO模型本身的特点，在RPC框架的实现中，我们选择IO多路复用作为网络通信采用的IO模型。

什么是“零拷贝”？

在没有零拷贝之前，应用进程的每一次写操作，都会把数据写到用户空间的缓冲区内，再由CPU讲数据拷贝到系统内核的缓冲区中，之后再由DMA将这份数据拷贝到网卡中，最后由网卡发送出去，这样一次写操作数据需要拷贝两次，而数据读操作也是类似的流程。

应用进程的一次完整的写操作，都需要在用户空间和内核空间中来回拷贝，并且每一次拷贝，都需要CPU进行一次上下文切换。

网络数据读写操作示意图如下。

所谓零拷贝，就是取消用户空间与内核空间之间的数据拷贝操作，应用进程每一次的读写操作，都可以通过一种方式，让应用进程向用户空间写入或者读取数据，就如同直接向内核空间写入或者读取数据一样，之后再通过DMA将内核中的数据拷贝到网卡，或者将网卡中的数据拷贝到内核。

零拷贝的示意图如下。

零拷贝有哪些实现方式？

零拷贝有两种方式：

1. mmmap+write
2. sendfile

这一讲对于IO多路复用以及零拷贝讲的不是特别详细，后面可以单独针对这2个主题深入调研，整理学习笔记。