属于程序员的爆笑时刻
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现代操作系统，基本上都会使用一个叫换页/交换文件的技术：内存空间有限，但进程越来越多，对内存空间的需求越来越大，用完了怎么办?于是在硬盘上划分一块区域出来，把内存中很久不用的数据转移到这块区域上来，等程序用到的时候，触发访问异常，再在异常处理函数中将其从硬盘读取进来。 可以想象，如果程序访问的内存老是不在内存中，而是被交换到了硬盘上，就会频繁触发缺页异常，那程序的性能肯定大打折扣，所以减少缺页异常也是提升性能的好办法。 从虚拟地址寻址真实的物理内存，这个过程是CPU完成的，具体来说，就是通过查表，从页表->一级页目录->二级页目录->物理内存。 页目录和页表是存在内存中的，毫无疑问，内存寻址是一个非常非常高频的事情，时时刻刻都在发生，而多次查表势必是很慢的，有鉴于此，CPU引入了一个叫TLB(Translation Look- aside buffer)的东西，使用缓存页表项的方式来减少内存查表的操作，加快寻址速度。 默认情况下，操作系统是以4KB为单位管理内存页的，对于一些需要大量内存的服务器程序(Redis、JVM、ElascticSearch等等)，动辄就是几十个G，按照4KB的单位划分，那得产生多少的页表项啊! 而CPU中的TLB的大小是有限的，内存越多，页表项也就越多，TLB缓存失效的概率也就越大。所以，大页内存技术就出现了，4KB太小，就弄大点。大页内存技术的出现，减少了缺页异常的出现次数，也提高了TLB命中的概率，对于提升性能有很大的帮助。 在一些高配置的服务器上，内存数量庞大，而CPU多个核都要通过内存总线访问内存，可想而知，CPU核数上去以后，内存总线的竞争势必也会加剧。于是NUMA架构出现了，把CPU核心划分不同的分组，各自使用自己的内存访问总线，提高内存的访问速度。 I/O CPU和内存都够快了，但这还是不够。我们的程序日常工作中，除了一些CPU密集型的程序(执行数学运算，加密解密，机器学习等等)以外，相当一部分时间都是在执行I/O，如读写硬盘文件、收发网络数据包等等。 所以，如何提升I/O的速度，是高性能开发技术领域一个重要的话题。 因为I/O会涉及到与外设(硬盘、网卡等)的交互，而这些外设又通常是非常慢(相对CPU执行速度)的，所以正常情况下，线程执行到I/O操作时难免会阻塞，这也是前面在CPU部分提到过的。 阻塞以后那就没办法干活了，为了能干活，那就开多个线程。但线程资源是很昂贵的，没办法大量使用，况且线程多了，多个线程切换调度同样是很花时间的。 那可不可以让线程执行I/O时不阻塞呢?于是，新的技术又出现了：
原来的阻塞I/O是一直等，等到I/O的完成，非阻塞I/O一般是轮询，可以去干别的事，过一会儿就来问一下：好了没有? 但每个线程都去轮询也不是个事儿啊，干脆交给一个线程去专门负责吧，这就是I/O多路复用，通过select/poll的方式只用一个线程就可以处理多个I/O目标。再然后，再改进一下，用epoll，连轮询也不用了，改用内核唤醒通知的机制，同时处理的I/O目标还更多了。 异步I/O就更爽了，设置一个回调函数，自己干别的事去了，回头操作系统叫你来收数据就好了。 再说回到I/O本身，会将数据在内存和外设之间传输，如果数据量很大，让CPU去搬运数据的话，既耗时又没有技术含量，这是对CPU算力的很大浪费。 所以，为了将CPU从中解放出来，又诞生了一门技术：直接内存访问DMA，把数据的传输工作外包出去，交由DMA控制器来完成，CPU只在背后发号施令即可。
有了DMA，再也不用麻烦CPU去执行数据的搬运工作。但对于应用程序而言，想要把文件通过网络发送出去，还是要把数据在内核态空间和用户态空间来回折腾两次，这两步还得CPU出马去复制拷贝，属于一种浪费，为了解决这个问题，提升性能，又进一步产生了零拷贝技术，彻底为CPU减负。 （编辑：广元站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
