CPU 바운드 및 I/O- 결합 작업 탐색 : Node.js의 Libuv 라이브러리 내부-JS 튜토리얼-php.cn

CPU- 집약적 및 I/O- 집약적 인 작업을 이해하는 것은 응용 프로그램을 최적화하고 올바른 기술 스택을 선택하는 데 필수적입니다. 이러한 개념은 주로 애플리케이션 성능 병목 현상과 관련이 있으며, 이는 개발자가 매우 효율적인 다중 스레드 및 비동기 프로그램을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다.

시스템 모델 컴퓨터 시스템은 다음과 같이 추상화 될 수 있습니다

입력 및 출력은 I/O 범주에 속하며 계산은 CPU에 의해 처리됩니다.

순서 또는 병렬 실행으로 여러 메소드 또는 함수로 구성된 단일 프로그램은 다음과 같이 추상화 될 수 있습니다.

순서 또는 병렬로 실행되는 단일 -마샤 인 서비스 (클러스터)로 구성된 분산 서비스는 다음과 같이 추상화 될 수 있습니다.

요청 및 응답은 I/O 범주에 속하며 계산은 CPU에 의해 처리됩니다.

하드웨어 및 소프트웨어의 관점에서 시스템은 I/O 작동 및 CPU 계산으로 구성됩니다.

<code>输入 (键盘) -> 处理 (CPU) -> 输出 (显示器)</code>

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CPU 조밀 한 작업 CPU- 집약적 인 작업은 주로 중앙 프로세서 (CPU)의 처리 속도에 의해 제한됩니다. 이러한 작업에는 많은 계산이 필요하며 대부분의 시간은 디스크 I/O 또는 네트워크 통신과 같은 외부 리소스를 기다리는 대신 CPU를 사용합니다.

CPU 조밀 한 작업의 특성

높은 컴퓨팅 요구 사항

: 이러한 작업에는 일반적으로 비디오 코딩/디코딩, 이미지 처리 및 과학 컴퓨팅과 같은 복잡한 수학 작업이 포함됩니다.

다중 -스레드 장점

<code>输入参数 -> 计算 -> 返回值</code>

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: 멀티 코어 CPU에서 병렬 처리는 워크로드를 여러 코어에 할당함으로써 CPU 집중 작업의 실행 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

높은 자원 소비

:: CPU- 집약적 인 작업은 종종 실행 기간 동안 CPU 활용률을 거의 100%로 밀어냅니다.

<code>网络请求 (输入参数) -> 计算 -> 网络响应 (返回值)</code>

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일반적인 예

데이터 분석 및 큰 수치 계산.

그래픽 렌더링 또는 비디오 처리 소프트웨어.

cryptocurrency 마이닝.

노트북 팬이 매우 크게 실행되면 CPU 집약적 인 작업을 처리 할 수 있습니다.

CPU 조밀 한 작업의 최적화 전략

Passralized : 멀티 코어 프로세서를 사용하여 병렬 컴퓨팅을 통해 성능을 향상시킵니다.

알고리즘 최적화

컴파일러 최적화 : 고성능 최적화 기술이있는 컴파일러를 사용하십시오.
i/o- 집약적 인 작업 특성
높음 I/O 요구 사항 : 이러한 작업은 자주 파일을 읽고 쓰거나 많은 네트워크 요청을 처리합니다.
동시의 장점 : I/O- 집약적 인 작업은 이벤트 드라이브 및 Node.js와 같은 비동기 프로그래밍 모델의 혜택을받습니다. 낮은 CPU 활용도 : 대부분의 시간은 외부 운영을 기다리는 데 소비되기 때문에 CPU 사용률은 일반적으로 낮습니다.
일반적인 예 많은 웹 서버 및 데이터베이스 서버를 처리합니다. 자주 디스크 파일 서버를 읽고 쓰십시오.
I/O- 집약적 인 작업의 최적화 캐시

비동기 프로그래밍

: 방해를 피하기 위해 비동기 I/O 작업을 구현하여 응답 속도 및 처리량을 향상시킵니다.

자원 관리 최적화

node.js 및 비 블로킹 i/o 비 차단 I/O는 무엇입니까? 비 블로킹 I/O는 완료되지 않은 입력/출력 작업을 나타냅니다. 이 방법을 사용하면 프로그램이 I/O 작업을 기다릴 때 다른 작업을 수행 할 수 있습니다.

입사 사이클

: node.js는 비 블로킹 I/O의 핵심 메커니즘을 활성화합니다. 네트워크 통신, 파일 I/O, 사용자 인터페이스 작동 및 타이머 이벤트를 동시에 처리 할 수 있습니다.

스택을 호출 : 모든 동기화 작업 (예 : 계산 또는 직접 데이터 처리 작업)이 스택에서 실행됩니다. 스택에서 긴 작동은 프로그램을 차단하여 "메인 스레드가 정체 될 수 있습니다".

콜백 큐 : 비동기 조작이 완료되면 콜백 함수가 큐에 들어가서 실행을 기다립니다. 이벤트주기는 큐를 계속 확인하고 실행 가능한 콜백을 통화 스택으로 이동하여 실행합니다. 비 차단 작업 : 파일 시스템 작업의 경우 Node.js는 Libuv 라이브러리를 사용하여 기본 POSIX 비 블로킹 API를 사용하여 비 블로킹 함수를 활성화합니다. 네트워크 요청의 경우 Node.js는 비 차단 네트워크 I/O를 인식합니다.

다음 예를 고려하십시오 이 예에서 fs.ReadFile은 비동기식입니다. Node.js는 파일을 읽을 때까지 기다리지 않고 Console.log ( 'Next Step')를 계속 실행합니다. 파일을 읽은 후 콜백 함수가 대기 및 최종적으로 실행되어 파일의 내용이 표시됩니다. 인시던트 드라이브 콜백을 사용하여 단일 스레드는 여러 작업을 효과적으로 처리 할 수 있으며, 이는 I/O 집약적 인 작업을 처리 할 때 성능 및 리소스 활용도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

<.> node.js가 파일 시스템 작업 (예 : 파일 읽기)을 수행하면 POSIX 파일 시스템 API를 직접 호출하는 대신 libuv를 사용합니다. Libuv는 사건의주기가 차단되는 것을 방지하면서 이러한 작업을 수행하는 가장 효과적인 방법을 결정합니다.

libuv는 작동 시스템 수준의 차단 I/O 작동을 비동기로 수행하기 위해 고정 된 크기의 스레드 풀 (기본값 : 4 개의 스레드)을 유지합니다. 따라서 파일 I/O 작동은 주 사건의 루프를 차단하지 않고 이러한 배경 스레드에서 수행됩니다.

libuv는

프로듀서 소비자 모델

를 따릅니다.

_{기본 스레드는 작업 (예 : 파일 읽기 요청)을 작업 큐에 제출합니다.
스레드 풀이 큐에서 작업을 검색하고 실행합니다.
완료 후 작업 스레드는 기본 스레드에 콜백 함수를 수행하도록 알립니다.

이렇게하면 메인 스레드가 무거운 I/O 작동 기간 동안에도 경량과 응답을 빠르게 유지할 수 있습니다.

결론
올바른 처리 방법 및 기술 스택 선택은 애플리케이션 성능을 향상시키는 데 필수적입니다. 예를 들어, Node.js는 스레드 리소스의 과도한 소비없이 많은 동시 네트워크 요청을 효과적으로 관리 할 수있는 비 차단 I/O 모델이 없기 때문에 I/O 덴세스 웹 애플리케이션을 처리하는 데 매우 적합합니다. 반대로 CPU 집중 작업의 경우 다중 스레드 언어 및 플랫폼 (예 : Java, C 또는 Go)을 사용하면 다중 코어 CPU 처리 기능을 사용할 수 있습니다.

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