IO多路复用之select、poll、epoll

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why（背景）

　　unix中的5种常见IO模型：

　　　　[1] blocking IO - 阻塞IO
　　　　[2] nonblocking IO - 非阻塞IO
　　　　[3] IO multiplexing - IO多路复用
　　　　[4] signal driven IO - 信号驱动IO
　　　　[5] asynchronous IO - 异步IO

　　多路复用模型，其实也是同步、阻塞式的。但是它解决了：单线程同时处理多IO请求的问题，达到了普通同步阻塞模型中，必须通过多线程才能达到这个目的。

　　同时具备的优势：系统开销小。原因是：不需创建什么进程/线程，也不需要维护。

 

what：

　　三者的概述：

　　　　

 

 

　　select：

　　　　原理：依赖内核进行fd（文件描述符）集合的遍历，找到有可读、写的fd返回。

　　　　接口：int select(int maxfdp1,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout);

　　　　接口说明：maxfdp1指定待测试的文件描述字个数；fd_set可以理解为一个集合；readset、writeset、exceptset指定要让内核测试读、写和异常条件的文件描述符集合，如果哪个不需要，就设为null；timeout内核等待一个fd就绪的最大时间。返回值，就绪的fd数量，0表示超时，-1表示出错。

　　　　缺陷：

　　　　　　1、每次select调用，都涉及fd集合的拷贝（用户态到内核态）。如果fd集合很大就会，有很大开销；

　　　　　　2、每次select调用，都需要遍历fd集合，从而找到可用fd集合。如果fd集合很大就会，有很大开销；

　　　　　　3、每次select调用，fd集合大小有限制（内核为了减少数据拷贝的性能损坏）。其中，这个是通过宏控制的，大小不可改变(限制为1024)

 

　　poll：

　　　　原理：和select类似，依赖内核进行fd结构链表的遍历，找到有可读、写的fd返回。

　　　　接口：int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

　　　　　　　　typedef struct pollfd {
        　　　　　　int fd;                         // 需要被检测或选择的文件描述符
        　　　　　　short events;                   // 对文件描述符fd上感兴趣的事件
        　　　　　　short revents;                  // 文件描述符fd上当前实际发生的事件
　　　　　　　　} pollfd_t;

 　　　　接口说明：pollfd结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。结构体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域； nfds为fds中描述符的总数量。

　　　　缺陷：相对select优化了传人的数组结构，改为链表。没有了最多fd数量的限制了。

 

　　epoll：

　　　　原理：内核使用一个文件描述符，采用红黑色树来管理fd。fd只需要传递一次。fd就绪后，由系统的回调函数，来将fa挂在ready链表上（就绪fd链表）。

　　　　接口：

　　　　　　int epoll_create(int size);
　　　　　　int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
　　　　　　int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

　　　　接口说明：　　

　　　　　　1、epoll_create 函数创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量。调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。

　　　　　　2、epoll_ctl 函数注册要监听的事件类型。四个参数解释如下：

　　　　　　　　epfd 表示epoll句柄；
　　　　　　　　op 表示fd操作类型，有如下3种：
　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_ADD 注册新的fd到epfd中
　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_MOD 修改已注册的fd的监听事件
　　　　　　　　　　EPOLL_CTL_DEL 从epfd中删除一个fd
　　　　　　　　fd 是要监听的描述符；
　　　　　　　　event 表示要监听的事件；

　　　　　　3、epoll_wait 函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目，调用失败时返回 -1，等待超时返回 0：

　　　　　　　　struct epoll_event {
    　　　　　　　　__uint32_t events;  /* Epoll events */
    　　　　　　　　epoll_data_t data;  /* User data variable */
　　　　　　　　};

　　　　　　　　typedef union epoll_data {
    　　　　　　　　void *ptr;
    　　　　　　　　int fd;
    　　　　　　　　__uint32_t u32;
    　　　　　　　　__uint64_t u64;
　　　　　　　　} epoll_data_t;
　　
　　　　　　　　epfd 是epoll句柄；events 表示从内核得到的就绪事件集合；maxevents 告诉内核events的大小；timeout 表示等待的超时事件

　　　　触发类型：

　　　　　　水平触发（LT）：默认工作模式，即当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序可以不立即处理该事件；下次调用epoll_wait时，会再次通知此事件。　　　

　　　　　　边缘触发（ET）： 当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次通知此事件。