IO多路复用之select&epoll

一、IO复用之select对比epoll(redis、nginx、netty使用)

参考：源码图解
参考：文章讲解

1.1、select

因为传统阻塞io对于accept、connect、read、write等系统调用可能会永远阻塞直到套接字上发生 可读\可写 事件。 所以对于系统而言应该是等待IO就绪之后再通知我们过来处理。所以便希望能够使用一个线程，通过记录I/O流的状态来同时管理多个I/O，可以提高服务器的吞吐能力即IO复用。

io复用可以通过select、poll、epoll来实现，而自Linux 2.6内核正式引入epoll以来，epoll已经成为了目前实现高性能网络服务器的必备技术。那为什么选择epoll呢？

上面主要建立了一个客户端，利用accept创建了5个文件描述符即模拟5个客户端连接。
然后后续主要关注select函数的相关参数： 1.文件描述符的个数 2.读文件描述符集合 3.写文件描述符集合 4.异常描述符集合 5. 超时时间

• 可见由于是一个轮询，每次select都会传最大文件描述符个数值(即全部待监控的连接)，比如当数十万并发连接存在时，可能每一毫秒只有数百个活跃的连接，同时其余数十万连接在这一毫秒是非活跃的，则大大浪费相关监控资源和时间。
• 当select需要回调时，还得遍历文件描述符数据，判断$reset中哪个fd被置位了(即有数据)，即这种轮询机制，导致每次检测都会遍历所有FD_SET中的句柄，select函数执行时间与FD_SET中的句柄个数有一个比例关系。

select函数的缺点：
1.select中所用到的文件描述符有限，即内核中有个参数__FD_SETSIZE定义了每个FD_SET的句柄个数。 默认大小1024
2.需要从用户态拷贝到内核态，由内核态判断是否有数据，存在拷贝的开销
3.当有数据时select就会返回，但是selelct函数不知道哪个文件描述符有数据了，后面还需要再次对文件描述符数组进行遍历，导致$reset不能复用，效率较低

1.2、epoll

epoll精巧的使用了3个方法来实现select方法要做的事：

1. 新建epoll描述符==epoll_create()
2. epoll_ctrl(epoll描述符，添加或者删除所有待监控的连接)
3. 返回的活跃连接 ==epoll_wait（ epoll描述符 ）
   
   1.首先通过epoll_create(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。
   2.nfds=epoll_wait(…);其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件。maxevents是最大事件数量。最后一个timeout是epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件发生，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则返回

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采用百度相关说明

epoll它只会对“活跃”的socket进行操作：这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。那么，只有“活跃”的socket才会主动的去调用 callback函数，其他idle状态socket则不会，在这点上，epoll实现了一个“伪”AIO，因为这时候推动力在os内核。在一些 benchmark中，如果所有的socket基本上都是活跃的—比如一个高速LAN环境，epoll并不比select/poll有什么效率，相反，如果过多使用epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境，epoll的效率就远在select/poll之上了。

总结(epoll关键就是回调)：

• epoll_create 创建一个白板 存放fd_events
• epoll_ctl 用于向内核注册新的描述符或者是改变某个文件描述符的状态。已注册的描述符在内核中会被维护在一棵红黑树上
• epoll_wait 通过回调函数内核会将 I/O 准备好的描述符加入到一个链表中管理，进程调用 epoll_wait() 便可以得到事件完成的描述符

通过epoll_ctl函数添加进来的事件都会被放在红黑树的某个节点内，所以，重复添加是没有用的。当把事件添加进来的时候时候会完成关键的一步，那就是该事件都会与相应的设备（网卡）驱动程序建立回调关系，当相应的事件发生后，就会调用这个回调函数，该回调函数在内核中被称为：ep_poll_callback,这个回调函数其实就所把这个事件添加到rdllist这个双向链表中。一旦有事件发生，epoll就会将该事件添加到双向链表中。那么当我们调用epoll_wait时，epoll_wait只需要检查rdlist双向链表中是否有存在注册的事件，效率非常可观。这里也需要将发生了的事件复制到用户态内存中即可。