Вопрос или проблема
Я понимаю, что когда я записываю файл на своем жестком диске, поток ядра (pdflush в ядрах до 3.6) в какой-то момент фактически сбрасывает это в файл. Я читал о сетевом взаимодействии в книге “Понимание ядра Linux, Второе издание” (извините, нет электронной книги, на которую я мог бы сослаться), и кажется, что она предполагает, что при вызове send() мы проходим прямо в ядро, заканчивая тем, что данные помещаются в очередь исходящих пакетов сетевой карты.
Не упоминается ни о каких других потоках.
Может кто-то прояснить, что я не неправильно прочитал или не неправильно понял, и что для каждого вызова send() данный поток, который делает вызов в моем процессе, проходит прямо до момента, когда ядро помещает его в очередь TX сетевой карты?
Если это так, мне непонятно, как это происходит с асинхронными отправками; или в этом случае асинхронный просто означает, что мы получаем уведомление позже о том, что отправка произошла?
Смущен.
(Я ранее задавал этот вопрос на обычном SO, но мне посоветовали, что это лучшее место для этого.)
Ответ или решение
Введение
Вопрос, касающийся различий между отправкой данных через сокеты в ядре Linux и записью данных в файл, вызывает интерес среди специалистов в области информационных технологий. Несмотря на теоретические аналогии, каждая операция имеет свою собственную специфику и механизм обработки данных. В этой статье мы детально разберем процесс выполнения операций send() и write(), а также осветим важные аспекты, такие как асинхронные операции и использование потоков.
Процесс записи данных в файл
Когда вы выполняете запись данных в файл, например с использованием системного вызова write(), процесс включает в себя несколько ключевых этапов:
- Создание записи: При вызове
write()данные помещаются в буфер ядра. - Отправка в подложный уровень: Ядро обрабатывает данные и передает их в систему управления файловой системой, где они подготавливаются к записи на физический носитель.
- Поток
pdflush(или его аналог в более поздних версиях ядра): В старых версиях ядра именно этот поток отвечал за периодическую запись данных из буфера на диск. В современных версиях его функции выполняют другие механизмы, такие какkworker, которые более эффективно обрабатывают запись данных с учетом различных факторов, например, кэширования и синхронизации.
Этот процесс может занять некоторое время, и в полном объеме он может быть асинхронным, то есть данные в памяти могут быть записаны на диск позже, в зависимости от политики кэширования системы.
Процесс отправки данных через сокеты
Теперь обратим внимание на системный вызов send(), который используется для передачи данных через сетевые сокеты. Основные этапы этого процесса:
- Передача данных в ядро: Вызов
send()помещает данные непосредственно в буфер ядра, предназначенный для сетевых операций. - Обработка верхнего уровня сетевого стека: Ядро передает данные через стек протоколов (например, TCP/IP), где они подготавливаются для передачи.
- Куда-то через драйвер сетевой карты: В конечном счете, данные попадают в очередь передачи (TX queue) сетевой карты. Эта операция может выполняться непосредственно из контекста процесса, вызывающего
send().
Значительным аспектом в данном процессе является то, что для каждой операции send() данные не обязательно передаются сразу на физическую сетевую карту; они могут быть помещены в очередь на уровне ядра и переданы позже, но сам вызов send() локально завершается на момент помещения данных в этот буфер.
Асинхронные операции
Теперь давайте рассмотрим, что означает асинхронная передача данных. Асинхронные операции, такие как send() с использованием флага MSG_DONTWAIT, позволяют процессу продолжать работу, не дожидаясь завершения отправки данных. В этом контексте:
- Оповещения о завершении: При успешной отправке или возникновении ошибки процесс получает уведомление (например, через механизм сигналов или системные вызовы, такие как
select()), что позволяет ему реагировать на события, не блокируя свою работу. - Наличие механизма обратного вызова: Асинхронные функции могут быть связаны с событиями, что обеспечивает возможность обработки ответов и изменения состояния системы при завершении операции.
Заключение
Взаимодействие между системным вызовом send() и записью в файл через write() имеет свои специфические особенности, учет которых необходим для эффективного программирования и оптимизации работы приложений. При выполнении операций записи в файл данные могут не сразу передаваться на диск, что подразумевает использование потоков и кэширования, в то время как отправка данных через сокеты происходит быстрее и более целенаправленно, но также имеет свой механизм кэширования и обработки.
Понимание этих механизмов — ключевой аспект для разработчиков и системных администраторов, позволяющий улучшить производительность приложений и обеспечивать надлежащий уровень коммуникации в операционных системах на базе Linux.