I/O 多路复用之select、poll、epoll详解

## [同步 I/O 三种方式（select，poll，epoll）](id:)

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> **select，poll，epoll 都是 IO 多路复用的机制。**I/O 多路复用就是通过一种机制，一个进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），能够通知程序进行相应的读写操作。但 **select，poll，epoll 本质上都是同步 I/O**，因为**他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写**，也就是说**这个读写过程是阻塞的**，而**异步 I/O 则无需自己负责进行读写，异步 I/O 的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。**

## [select](id:)

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> **`int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);`**

> - select 函数监视的文件描述符分3类，分别是 readfds、writefds、和 exceptfds。调用后 select 函数会阻塞，直到有描述副就绪（有数据 可读、可写、或者有 except），或者超时（timeout 指定等待时间，如果立即返回设为 null 即可），函数返回。当 select 函数返回后，可以 通过遍历 fdset，来找到就绪的描述符。

> - select 目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点。select 的一 个缺点在于单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在 Linux 上一般为1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制，但是这样也会造成效率的降低。

## [poll](id:)

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> **`int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);`**

> - 不同与 select 使用三个位图来表示三个 fdset 的方式，poll 使用一个 pollfd 的指针实现。

> **`struct pollfd {`**

    **`int fd; /* file descriptor（文件描述符） */ `**

    **`short events; /* requested events to watch（请求监视的事件） */ `**

    **`short revents; /* returned events witnessed（返回事件） */ `**

**`};`**

> - pollfd 结构包含了要监视的 event 和发生的 event，不再使用 select “参数-值”传递的方式。同时，pollfd 并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。和 select 函数一样，poll 返回后，需要轮询 pollfd 来获取就绪的描述符。

> - 从上面看，select 和 poll 都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的 socket。事实上，同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

## [epoll](id:)

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> **epoll 是在2.6内核中提出的，是之前的 select 和 poll 的增强版本。相对于 select 和 poll 来说，epoll 更加灵活，没有描述符限制。epoll 使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的 copy 只需一次。**

**epoll操作过程需要三个接口，分别如下：**

> `1. int epoll_create(int size)；` **`//创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大`**

> **此处的 size 参数不同于 select() 中的第一个参数，给出最大监听的 fd+1 的值，参数 size 并不是限制了 epoll 所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。**

> 当创建好 epoll 句柄后，它就会占用一个 fd 值，在 linux 下如果查看 /proc/进程id/fd/，是能够看到这个 fd 的，所以在使用完 epoll 后，必须调用 close() 关闭，否则可能导致 fd 被耗尽。

> `2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；`**`//对指定描述符fd执行op操作`**

> `3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);` **`//等待epfd上的io事件，最多返回maxevents个事件`**

## [总结](id:)

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> 在 select/poll 中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而 epoll 事先通过 epoll_ctl() 来注册一 个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似 callback 的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用 epoll_wait() 时便得到通知。**（此处去掉了遍历文件描述符，而是通过监听回调的的机制。这正是epoll的魅力所在。）**

> epoll的优点主要是一下几个方面：

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> * **监视的描述符数量不受限制，它所支持的 FD 上限是最大可以打开文件的数目**，这个数字一般远大于2048,举个例子，在 1GB 内存的机器上大约是10万左 右，具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看，一般来说这个数目和系统内存关系很大。select 的最大缺点就是进程打开的 fd 是有数量限制的。这对 于连接数量比较大的服务器来说根本不能满足。虽然也可以选择多进程的解决方案（Apache 就是这样实现的），不过虽然 linux 上面创建进程的代价比较小，但仍旧是不可忽视的，加上进程间数据同步远比不上线程间同步的高效，所以也不是一种完美的方案。

>

> * **IO 的效率不会随着监视 fd 的数量的增长而下降**。epoll 不同于 select 和 poll 轮询的方式，而是通过每个 fd 定义的回调函数来实现的。只有就绪的 fd 才会执行回调函数。

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> * `如果没有大量的 idle -connection 或者 dead-connection，epoll 的效率并不会比 select/poll 高很多，但是当遇到大量的 idle- connection，就会发现 epoll 的效率大大高于 select/poll。`