淺談計算機系統——系統模式優化（WEB）
根據計算機系統的工作原理，我們知道了總體思路為：從CPU到記憶體，再到磁碟的過程。記憶體分為：核心空間和使用者空間。相應的CPU也分為核心模式和使用者模式。那一個使用者級的計算機應用，又如何的詳細工作過程呢？以下以WEB讀檔案為例：
Round1:
核心模式到使用者模式的轉換：
對於一次IO訪問（這回以read舉例），資料會先被拷貝到作業系統核心的緩衝區中，然後才會從作業系統核心的緩衝區拷貝到應用程式的緩衝區，最後交給程序。所以說，當一個read操作發生時，它會經歷兩個階段：
1. 等待資料準備 (Waiting for the data to be ready)
2. 將資料從核心拷貝到程序中 (Copying the data from the kernel to the process)。
問題：
以上兩個階段，使用者空間一直處理阻塞狀態，即等待完成。通過一個程序無法快速響應結束，再接受另一個WEB請求。
解決方案：
採用prefork模型（apache）,即多程序模式。
1.控制權限的httpd程序，監聽80埠；
2.主程序（httpd）管理服務子程序的排程，派生和銷燬,響應使用者的請求。
Round2:
問題：
多程序運作，當程序過多的時候，程序間切換會越發頻繁。但程序間切換開銷又過大。
解決方案：
1.worker模式（apache），即多程序多執行緒模式。
優點：a.執行緒切換是輕量級的，執行緒間可以共享很多資源，比如記憶體；
b.單執行緒崩潰，會造成父程序崩潰；執行緒過多，進行切換，會造成執行緒抖動。所以採用了多程序，而不是完全依賴多執行緒。
2.單程序繫結CPU解決，直接杜絕了程序切換。nginx支援。
Round3:
問題：由於兩次資料複製過程，程序都處於阻塞狀態，浪費了程序數和相關資源。
解決方案： IO優化。
linux系統產生了下面五種網路模式的方案：
-- 阻塞 I/O（blocking IO）
-- 非阻塞 I/O（nonblocking IO）
-- I/O 多路複用（ IO multiplexing）
-- 訊號驅動 I/O（ signal driven IO）
-- 非同步 I/O（asynchronous IO）
阻塞I/O模式：核心準備資料和資料從核心拷貝到程序記憶體地址，這兩個過程應用程序都是阻塞的；
非阻塞I/O模式：核心準備資料階段不阻塞，但是程序需要週期詢問核心資料是否準備好；然後再從核心拷貝到程序記憶體地址階段是阻塞的；
訊號驅動I/O：同非阻塞I/O模式，但是不用程序輪詢，而是事件驅動，在核心資料準備好之後，向程序通知，epoll演算法支援。
非同步I/O：兩個過程都不阻塞，告知核心需要取的資料之後，核心負責準備資料，並拷貝到使用者空間，再通知程序。而不是非阻塞裡面的，程序來詢問核心。
備註：
a.apahce除了prefork、worker模式，還有就是event模式。event模式，即訊號驅動I/O模式。另外還優化了長連線。
基於長連線，長期keep-alive線上，浪費執行緒，因此專門設定一個管理程序來管理這些長連線，在特定條件下，可以回收執行緒資源，而不會出現空閒執行緒。
b.nginx採用了非同步I/O模式，有效解決了C10K問題。將系統性能提升了三倍以上。
另外nginx還使用了虛擬記憶體的機制，呼叫了mmap函式，即做了記憶體對映。並不將磁碟的檔案複製到記憶體中，而是直接對映到記憶體中。只需要一次複製突出，而不需要兩次。
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