OSX/iOS中多路I/O复用总结

OSX/iOS中多路I/O复用总结

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在OSX/iOS中IO多路复用通常会选择select和kqueue，最近在尝试优化socket改进通信效率，所以总结一下两种模型的用法。

select

select是socket编程中非常重要的一个函数，并且也是兼容性最好的一种模型，在unix、linux、windows都有对应的实现，其函数原型是：

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int select( int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* errorfds, const struct timeval* timeout );

nfds最大的文件描述符加1；
readfds：用于检查可读性的描述符集合，同时也是可读描述符的结果返回；
writefds：用于检查可写性的描述符集合，同时也是可写描述符的结果返回；
errorfds：用于检查异常的描述符集合，同时也是异常描述符的结果返回；
timeout：一个指向timeval结构的指针，用于决定select等待I/O的最长时间，它可以使select处于三种状态：
（1）第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
（2）第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
（3）第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，>返回值同上述。
函数返回值：
负值：select错误
正值：某些文件可读写或出错
零值：等待超时，没有可读写或错误的文件

kqueue

kqueue是FreeBSD上的一种的多路复用机制,所以刚好能在OSX/iOS中使用。它是针对传统的select处理大量的文件描述符性能较低效而开发出来的。注册一批描述符>到kqueue以后,当其中的描述符状态发生变化时,kqueue将一次性通知应用程序哪些描述符可读、可写或出错了.
kqueue模型最主要的函数就是kevent,它与select类似，提供向内核注册/反注册/修改事件和返回就绪事件或错误事件，函数原型为：

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int kevent( int kq, const struct kevent *changelist, int nchanges, struct kevent *eventlist, int nevents, const struct timespec *timeout );

kq:由kqueue()返回的一个内核事件队列标识；
changelist:注册/反注册事件的列表；
nchanges:changelist的个数;
eventlist:用于返回有事件发生的列表；
nevents:传入的eventlist的最大长度;
timeout:一个指向timeval结构的指针,指定超时时间;
函数返回值与select类似。

另外比较重要的就是struct kevent这个结构体了，它既是注册、反注册、修改事件的载体，也是事件返回的载体，它的原型为:

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struct kevent { uintptr_t ident; short filter; u_short flags; u_int fflags; intptr_t data; void *udata; };

由于kqueue不仅仅用于socket，还可用于如文件状态、信号、进程等用途，以下仅仅当在网络编程时这些元素的值及含义：
ident:事件的id,实际应用中,一般设置为文件描述符;
filter:指定你希望内核用于ident成员的过滤器,我们可以指定EVFILT_READ(读状态)和EVFILT_READ(写状态)；
flags:告诉内核应当对该事件在队列做何处理,我们可以指定EV_ADD(注册)、EV_DELETE(删除)、EV_ENABLE(开启,默认)、EV_DISABLE(停用)，当flags用于eventlist返回事件时，可能包含EV_ERROR的掩码表示描述符错误事情；
fflags:用于指定你想让内核使用的特定于过滤器的标志;
data:用于保存任何特定于过滤器的数据，当filter指定为EVFILT_READ或EVFILT_READ时，data表示可读或可写的数据长度，当事件的描述符出错时，data表示错误>代码；
udata:data成员并不由kqueue使用，kqueue会把它的值不加修改地透传，用于类似于上下文。

总结

select的缺点：
（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大
（3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024(不同平台对FD_SETSIZE设定不一样)
（4）select接口使用并不灵活，无法分步提交集合，也无法将提交和查询分步，必须在一次调用中完成
（4）fd_set不能逆向转换为fd,需要再单独维护一份描述符的列表
而kqueue刚好能弥补这些缺陷，但却无法在其它平台使用

关于两种模型的实现示例下载：
SocketServer_select.zip
SocketServer_kqueue.zip