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探索Linux內(nèi)核中的FIFO接口
在Linux中，F(xiàn)IFO（先進(jìn)先出）接口是用于進(jìn)程間通信的一種方式。這種通信方式基于文件系統(tǒng)，并且可以在不同的進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)。
FIFO接口使用了命名管道來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信。具體來說，它允許一個進(jìn)程向管道中寫入數(shù)據(jù)，另一個進(jìn)程則可以從管道中讀取數(shù)據(jù)。FIFO接口還可以用于同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的通信。
FIFO接口的使用很簡單，只要在程序中打開一個FIFO文件即可。如果FIFO文件不存在，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建一個。同時，打開FIFO文件的進(jìn)程被阻塞，直到另一個進(jìn)程或線程打開同一個FIFO文件，并開始進(jìn)行通信。
FIFO接口還可以設(shè)置不同的權(quán)限。例如，可以設(shè)置只有特定的用戶或組才能夠訪問FIFO文件。這種方式可以確保FIFO接口的安全性。
對于多個進(jìn)程同時訪問同一個FIFO文件的情況，F(xiàn)IFO接口支持多路復(fù)用。這種方式可以使多個進(jìn)程同時訪問同一個FIFO文件，并且不會導(dǎo)致文件的內(nèi)容出現(xiàn)混亂或丟失。
在Linux內(nèi)核中，F(xiàn)IFO接口的實(shí)現(xiàn)主要涉及了以下幾個方面：
1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：FIFO接口使用了很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理文件、管道和進(jìn)程等信息。例如，每個FIFO文件都有一個相應(yīng)的inode，用于管理文件的屬性、權(quán)限和數(shù)據(jù)等。
2. 內(nèi)核函數(shù)：為了實(shí)現(xiàn)FIFO接口，Linux內(nèi)核提供了很多相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核函數(shù)。例如，mkfifo()用于創(chuàng)建FIFO文件，open()用于打開FIFO文件，read()和write()用于讀寫管道中的數(shù)據(jù)等。
3. 進(jìn)程間通信：FIFO接口使得不同進(jìn)程之間可以方便地進(jìn)行通信。例如，一個進(jìn)程可以向一個FIFO文件中寫入數(shù)據(jù)，另一個進(jìn)程則可以從FIFO文件中讀取數(shù)據(jù)。
4. 文件系統(tǒng)：FIFO接口基于文件系統(tǒng)，使得FIFO文件可以像普通文件一樣被管理。同時，F(xiàn)IFO文件可以使用不同的文件系統(tǒng)格式，例如VFAT、NTFS和ext4等。
FIFO接口是Linux內(nèi)核中用于進(jìn)程間通信的重要方式之一。通過使用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核函數(shù)，開發(fā)者可以很方便地實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的需求。另外，F(xiàn)IFO接口還具備很好的安全性和多路復(fù)用支持，能夠滿足不同開發(fā)場景的需求。
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對于磁盤I/O，Linux提供了cfq, deadline和noop三種調(diào)度策略
考慮到硬件配置、實(shí)際應(yīng)用場景（讀寫比例、順序還是隨機(jī)讀寫）的差異，上面的簡單解釋對于實(shí)際選擇沒有太大幫助，實(shí)際該選擇哪個基本還是要實(shí)測來驗(yàn)證。不過下面幾條說明供參考：
NOOP全稱No Operation,中文名稱電梯式調(diào)度器，該算法實(shí)現(xiàn)了最簡單的FIFO隊(duì)列，所有I/O請求大致按照先來后到的順序進(jìn)行操作。NOOP實(shí)現(xiàn)了一個簡單的FIFO隊(duì)列,它像電梯的工作方式一樣對I/O請求進(jìn)行組織。它是基于先入先出（FIFO）隊(duì)列概念的 Linux 內(nèi)核里最簡單的I/O 調(diào)度器。此調(diào)度程序最適合于固態(tài)硬盤。
Deadline翻譯成中文是截止時間調(diào)度答世灶器，是對Linus Elevator的一種改進(jìn)，它避免有些請求太長時間不能被處理。另外可以區(qū)分對待讀操作和寫操作。DEADLINE額外分別為讀I/O和寫I/O提供了FIFO隊(duì)列。
Deadline對讀寫request進(jìn)行了分類管理，并且在調(diào)度處理的過程中讀請求具有較高優(yōu)先級。這主要是因?yàn)樽x請求往往是同步操作，對延遲時間比較敏感，而寫操作往往是異步操作，可以盡可能的將相鄰訪問地址的請求進(jìn)行合并，但是，合并的效率越高，延遲時間會越長。因此，為了區(qū)別對待讀寫請求類型，deadline采用兩條鏈表對讀寫請求進(jìn)行分類管理。但是，引入分類管理之后，在讀優(yōu)先的情況下，寫請求如果長時間得到不到調(diào)度，會出現(xiàn)餓死的情況，因此，deadline算法考慮了寫?zhàn)I死的情況，從而保證在讀優(yōu)先調(diào)度的情況下，寫請求不會被餓死。
總體來講，deadline算法對request進(jìn)行了優(yōu)先權(quán)控制調(diào)度，主要表現(xiàn)在如下幾清扮個方面：
CFQ全稱Completely Fair Scheduler ，中文名稱完全公平調(diào)度器，它是現(xiàn)在許多 Linux 發(fā)行版的默認(rèn)調(diào)度器，CFQ是內(nèi)核默認(rèn)選擇的I/O調(diào)度器。它將由進(jìn)程提交的同步請求放到多個進(jìn)程隊(duì)列中，然后為每個隊(duì)列分配時間片以訪問磁盤。
對于通用的服務(wù)器是更好的選擇，CFQ均勻地分布對I/O帶寬的訪問
。CFQ為每個進(jìn)程和線程，單獨(dú)創(chuàng)建一個隊(duì)列來管理該進(jìn)程所產(chǎn)生的請求,以此來保證每個進(jìn)程都能被很好的分配到I/O帶寬，I/O調(diào)度器每次執(zhí)行一個進(jìn)程的4次請求。該算法的特點(diǎn)是按照I/O請求的地址進(jìn)行排序，而不是按照先來后到的順序來進(jìn)行響應(yīng)。簡單來說就是給所有同步進(jìn)程分配時間片，然后才排隊(duì)訪問磁盤。
多隊(duì)列無操作I / O調(diào)度程序。不對請求進(jìn)行重新排序，最小的開銷。NVME等快速隨機(jī)I / O設(shè)備的返拿理想選擇。
這是對最后期限I / O調(diào)度程序的改編，但設(shè)計(jì)用于 多隊(duì)列設(shè)備。一個出色的多面手，CPU開銷相當(dāng)?shù)汀?/p>
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