IO多路复用及select、poll和epoll

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文章目录

• 概念
• 场景
• select
• 概念
• 优点
• 缺点

poll

• 概念
• 优点
• 缺点

epoll

• 概念
• 优点

概念

I/O多路复用是通过一种机制，一个进程或线程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知进程或线程进行相应的操作。

场景

以下场景适合使用IO多路复用技术:

• 当客户处理多个描述符时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
• 当一个客户同时处理多个套接口时，这种情况是可能的，但很少出现。
• 如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用。
• 如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用。
• 如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用。

select

概念

select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds和exceptfds。
调用select后进程会阻塞，直到遇到如下两种情况之一:

1. 有描述符就绪
2. 超时 ( timeout指定等待时间，如果立即返回将timeout设为null即可 )。

当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到已经就绪的描述符。

优点

几乎所有操作系统都支持select操作。

缺点

1. 单进程能够监视的文件描述符个数有限，默认为1024个。Linux系统下可以通过如下命令查看文件描述符个数:
   cat /proc/sys/fs/file-max
2. 内核需要通过遍历fdset来寻找已经就绪的描述符，导致效率低下。
3. 需要维护一个用来保存大量文件描述符的数据结构，内核空间向用户空间传递该结构时开销较大。

poll

概念

poll与select本质上没有区别，它允许用户自定义用于存放文件描述符pollfd数组并拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态。

优点

它是基于链表来存储的，它没有最大连接数的限制

缺点

1. 大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，导致效率低下。
2. poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。

epoll

概念

epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。

优点

1. 没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）。
2. 效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。
3. 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。

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