04 | 網路通信：RPC框架在網路通信上更傾向於哪種網路IO模型？

網路通信在RPC調用中有什麼作用？

RPC是解決進程間通信的一種方式，一次RPC調用，本質就是服務消費者與服務提供者之間的一次網路信息交換的過程。服務調用者通過網路IO發送一條請求消息，服務提供者接收並解析，處理完相關的業務邏輯之後，再發送一條響應消息給服務調用者，服務調用者接收並解析響應消息，處理完相關的響應邏輯，一次RPC調用便結束了。我們可以說，網路通信是整個RPC調用流程的基礎。

有哪些常見的網路IO模型？

常見的網路IO模型分為四種：同步阻塞IO（BIO）、同步非阻塞IO（NIO）、IO多路復用和非同步非阻塞IO（AIO）。其中AIO是非同步IO，其他三種都是同步IO。
最常用的IO模型是同步阻塞IO和IO多路復用。

阻塞IO的工作流程是怎樣的？

應用進程發起IO系統調用後，應用進程被阻塞，轉到內核空間處理。內核開始等待數據，等待到數據之後，再將內核中的數據拷貝到用戶記憶體中，整個IO處理完畢後返回進程。最後應用進程解除阻塞狀態，運行業務邏輯。
系統內核在處理IO操作時，主要分為兩個階段：等待數據和拷貝數據。在此期間，應用進程中進行IO操作的線程一直會處於阻塞狀態。

什麼是IO多路復用？

多路就是指多個通道，也就是多個網路連接的IO，復用指多個通道復用在一個復用器上。
多個網路連接的IO可以註冊到一個復用器（select）上，當用戶進程調用了select，整個進程會被阻塞，同時，內核會監視所有socket負責的socket，當任何一個socket中的數據準備好了，select就會返回。這時用戶進程再調用read操作，將數據從內核中拷貝到用戶進程。
IO多路復用的優勢在於用戶可以在一個線程內同時處理多個socket的IO請求，用戶可以註冊多個socket，然後不斷地調用select讀取被激活的socket，這樣可以達到在同一個線程內同時處理多個IO請求的目的。

有哪些常見的框架或者工具會使用IO多路復用？

Java中的NIO、Redis、Nginx、Reactor模式等。

在高性能的網路編程框架的編寫上，大多數都是基於Reactor模式做的，其中的典型就是Java的Netty框架。

RPC調用在大多數情況下，是一個高併發調用的場景，考慮到系統內核的支持、編程語言的支持以及IO模型本身的特點，在RPC框架的實現中，我們選擇IO多路復用作為網路通信採用的IO模型。

什麼是“零拷貝”？

在沒有零拷貝之前，應用進程的每一次寫操作，都會把數據寫到用戶空間的緩衝區內，再由CPU講數據拷貝到系統內核的緩衝區中，之後再由DMA將這份數據拷貝到網卡中，最後由網卡發送出去，這樣一次寫操作數據需要拷貝兩次，而數據讀操作也是類似的流程。

應用進程的一次完整的寫操作，都需要在用戶空間和內核空間中來回拷貝，並且每一次拷貝，都需要CPU進行一次上下文切換。

網路數據讀寫操作示意圖如下。

所謂零拷貝，就是取消用戶空間與內核空間之間的數據拷貝操作，應用進程每一次的讀寫操作，都可以通過一種方式，讓應用進程向用戶空間寫入或者讀取數據，就如同直接向內核空間寫入或者讀取數據一樣，之後再通過DMA將內核中的數據拷貝到網卡，或者將網卡中的數據拷貝到內核。

零拷貝的示意圖如下。

零拷貝有哪些實現方式？

零拷貝有兩種方式：

1. mmmap+write
2. sendfile

這一講對於IO多路復用以及零拷貝講的不是特別詳細，後面可以單獨針對這2個主題深入調研，整理學習筆記。