对IO多路复用三种机制(select,poll,epoll)的理解

1.select

    1.1函数原型:

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

    1.2参数说明:

             int maxfdp1:指定待测试文件描述字个数,值是待测最大文件描述符+1.

             fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset:fd_set一个集合,这个集合存放的是文件描述符,读 写 异常条件的文件描述符集合,若对某一个条件不感兴趣,置为NULL即可。

            const struct timeval *timeout:超时时间,告诉内核等待指定文件描述符集合中任何一个就行花费的时间。            

    1.3运行机制:

         提供一种fd_set的数据结构,实际上是一个long型的数组,每一个数组元素都与一个打开的文件句柄建立联系;调用select时,内核根据IO状态修改fd的内容,通知执行select的进程哪一个socket或者文件可读。         

    1.4优点:

         select函数进行IO请求和同步阻塞模型没有太大的区别。其优点是在一个线程内同时处理多个socket的IO请求,而同步阻塞模型中,必须通过多线程的方式才能达到这个目的。                 

    1.5缺陷:    

          每次调用select,都需要把fd从用户态拷贝到内核态,如果fd集合很大时,这个开销也很大;每次调用select都要在内核中遍历传来的所有fd_set,没有事件的也要被遍历,做了许多无用功,为了减少数据拷贝带来的性能损害,内核对被监控的fd集合大小做了限制,为1024,不可改变。

2.poll    

    1.1函数原型:

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

    1.2参数说明:

       struct pollfd *fds:pollfd类型的数组,存放需要检测状态的socket描述符,调用poll之后fds数组不会被清空;一个结构体表示一个被监视的文件描述符,结构体events表示监视文件描述符的事件掩码,revents表示文件描述符操作结果的事件掩码,内核调用时返回设置这个域。

        nfds 记录数组fds中描述符的总数量

        返回值为fds集合中读写或出错的描述符数量,0表示超时-1表示出错。

    1.3运行机制:

          与select本质上没多大差别,管理描述符也是进行轮询,根据描述符状态进行处理,

    1.4优点:

          没有最大文件描述符数量的限制

    1.5缺陷:  

            依然需要轮询,性能开销依然很大

3.epoll

    1.1函数原型:

          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);

    1.2参数说明:

           epoll_create 创建一个句柄,内部创建一个红黑树节点;epoll_ctl注册要监听的事件类型,epfd是epoll_create 返回的句柄,op表示操作类型:EPOLL_CTL_ADD,EPOLL_CTL_MOD,EPOLL_CTL_DEL分别代表添加 修改 删除,fd是要监听的描述符,event是要监听的事件;epoll_wait:等待事件的就绪。epfd 句柄,events 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。

            成功返回就绪事件的数目,失败返回-1,0表示超时。

    1.3运行机制:

           获取事件的时候,无需遍历整个被监听的描述符集,只要遍历被内核异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。

    1.4优点:

        Linux下为了提高处理大批文件描述符而改进的poll,显著提高了程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下CPU的利用率。

      epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发外,还提供了边缘触发,使得用户空间程序有可能缓存IO状态,减少epoll_wait调用,提高应用程序效率。

        水平触发:默认工作模式,epoll_wait检测到描述符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,会再次通知该事件。

        边缘触发:epoll_wait检测到描述符就绪并通知应用程序时,应用程序必须立即处理,如果不处理,下次调用epoll_wait时不会再次通知此事件。

        边缘触发大程度减少epoll事件的触发次数,效率比水平触发模式下高。

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