select和epoll的区别
当一个节点和多个节点建立连接时，如何高效的处理多个连接的数据，下面具体分析两者的区别。
1. select函数
函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数介绍：
（1）nfds – fdset集合中最大描述符值加1
（2）fdset – 一个位数组，其大小限制为_FD_SETSIZE(1024)
位数组的每一位代表的是其对应的描述符是否需要被检查。
（3）readfds – 读事件文件描述符数组
（4 ）writefds – 写事件文件描述符数组
（5）exceptfds – 错误事件文件描述符数组
（6）timeout – 超时事件，该结构被内核修改，其值为超时剩余时间。
对应内核：select对应于内核中的sys_select调用，sys_select首先将第二三四个参数指向的fd_set拷贝到内核，然后对每个被SET的描 述符调用进行poll，并记录在临时结果中（fdset），如果有事件发生，select会将临时结果写到用户空间并返回；当轮询一遍后没有任何事件发生时，如果指定了超时时间，则select会睡眠到超时，睡眠结束后再进行一次轮询，并将临时结果写到用户空间，然后返回。
2. select/poll特点
传统的select/poll每次调用都会线性扫描全部的集合，导致效率呈现线性下降。
poll的执行分三部分：
（1）.将用户传入的pollfd数组拷贝到内核空间，因为拷贝操作和数组长度相关，时间上这是一个O（n）操作
（2）.查询每个文件描述符对应设备的状态，如果该设备尚未就绪，则在该设备的等待队列中加入一项并继续查询下一设备的状态。 查询完所有设备后如果没有一个设备就绪，这时则需要挂起当前进程等待，直到设备就绪或者超时。设备就绪后进程被通知继续运行，这时再次遍历所有设备，以查找就绪设备。这一步因为两次遍历所有设备，时间复杂度也是O（n），这里面不包括等待时间……
（3）. 将获得的数据传送到用户空间并执行释放内存和剥离等待队列等善后工作，向用户空间拷贝数据与剥离等待队列等操作的的时间复杂度同样是O（n）。
3. epoll机制
Linux 2.6内核完全支持epoll。epoll的IO效率不随FD数目增加而线性下降。
要使用epoll只需要这三个系统调用：epoll_create(2)， epoll_ctl(2)， epoll_wait(2)
epoll用到的所有函数都是在头文件sys/epoll.h中声明的，内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。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。
如果所有的socket基本上都是活跃的—比如一个高速LAN环境，过多使用epoll,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。
3.1 所用到的函数：
（1）、int epoll_create(int size)
该函数生成一个epoll专用的文件描述符，其中的参数是指定生成描述符的最大范围
（2）、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
用于控制某个文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。
如果调用成功返回0,不成功返回-1
int epoll_ctl{
int epfd,//由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符
int op, //要进行的操作例如注册事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 注册、
//EPOLL_CTL_MOD 修改、EPOLL_CTL_DEL 删除
int fd, //关联的文件描述符
struct epoll_event *event//指向epoll_event的指针
}
（3）、int epoll_wait(int
epfd, struct epoll_event *
events,int maxevents, int
timeout)
用于轮询I/O事件的发生，返回发生事件数
int epoll_wait{
int epfd,//由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符
struct epoll_event * events,//用于回传代处理事件的数组
int maxevents,//每次能处理的事件数
int timeout//等待I/O事件发生的超时值
//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
//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
//一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率
//如果是和主逻辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率
}
epoll是为处理大批量句柄而作了改进的poll。
4. epoll的优点：
<1>支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
select 最不能忍受的是一个进程所打开的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE设置，默认值是2048。对于那些需要支持的上万连接数目的IM服务器来说显然太少了。这时候可以：
(1) 可以修改这个宏然后重新编译内核，不过资料也同时指出，这样也会带来网络效率的下降
(2) 可以选择多进程的解决方案，不过虽然linux上创建进程的代价比较下，但是仍旧是不可忽视的，所以也不是很完美的方案
epoll没有这样的限制，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，具体数组可以查看cat /proc/sys/fs/file-max查看，这个数目和系统内存关系很大。
<2>IO效率不随FD数目增加而线性下降
传统的select/poll另一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合，不过由于网络延时，任一时间只有部分的socket是”活跃”的，但是select/poll每次调用都会线性扫描全部的集合，导致效率呈现线性下降。
epoll不存在这个问题，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。
<3>使用mmap加速内核与用户空间的消息传递这点实际上涉及到epoll的具体实现了。无论是select,poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存拷贝就 很重要，在这点上，epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的。而如果你想我一样从2.5内核就关注epoll的话，一定不会忘记手工 mmap这一步的。
<4>内核微调
这一点其实不算epoll的优点了，而是整个linux平台的优点。也许你可以怀 疑linux平台，但是你无法回避linux平台赋予你微调内核的能力。比如，内核TCP/IP协议栈使用内存池管理sk_buff结构，那么可以在运行 时期动态调整这个内存pool(skb_head_pool)的大小— 通过echo XXXX>/proc/sys/net/core/hot_list_length完成。再比如listen函数的第2个参数(TCP完成3次握手 的数据包队列长度)，也可以根据你平台内存大小动态调整。更甚至在一个数据包面数目巨大但同时每个数据包本身大小却很小的特殊系统上尝试最新的NAPI网 卡驱动架构。
编写一个服务器回射程序echo，练习epoll过程。
服务器代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define PORT 8787
#define MAXSIZE 1024
#define LISTENQ 5
#define FDSIZE 1000
#define EPOLLEVENTS 100
//函数声明
//创建套接字并进行绑定
static int socket_bind(const char* ip,int port);
//IO多路复用epoll
static void do_epoll(int listenfd);
//事件处理函数
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
//处理接收到的连接
static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
//读处理
static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
//写处理
static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);
//添加事件
static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
//修改事件
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
//删除事件
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
int main(int argc,char *argv[])
{
int listenfd;
listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
listen(listenfd,LISTENQ);
do_epoll(listenfd);
return 0;
}
static int socket_bind(const char* ip,int port)
{
int listenfd;
struct sockaddr_in servaddr;
listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if (listenfd == -1)
{
perror("socket error:");
exit(1);
}
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(port);
if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind error: ");
exit(1);
}
return listenfd;
}
static void do_epoll(int listenfd)
{
int epollfd;
struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
int ret;
char buf[MAXSIZE];
memset(buf,0,MAXSIZE);
//创建一个描述符
epollfd = epoll_create(FDSIZE);
//添加监听描述符事件
add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
for ( ; ; )
{
//获取已经准备好的描述符事件
ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
}
close(epollfd);
}
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
{
int i;
int fd;
//进行选好遍历
for (i = 0;i < num;i++)
{
fd = events[i].data.fd;
//根据描述符的类型和事件类型进行处理
if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))
handle_accpet(epollfd,listenfd);
else if (events[i].events & EPOLLIN)
do_read(epollfd,fd,buf);
else if (events[i].events & EPOLLOUT)
do_write(epollfd,fd,buf);
}
}
static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)
{
int clifd;
struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t cliaddrlen;
clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
if (clifd == -1)
perror("accpet error:");
else
{
printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
//添加一个客户描述符和事件
add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);
}
}
static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)
{
int nread;
nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
if (nread == -1)
{
perror("read error:");
close(fd);
delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
}
else if (nread == 0)
{
fprintf(stderr,"client close.\n");
close(fd);
delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
}
else
{
printf("read message is : %s",buf);
//修改描述符对应的事件，由读改为写
modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
}
}
static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)
{
int nwrite;
nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
if (nwrite == -1)
{
perror("write error:");
close(fd);
delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
}
else
modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
memset(buf,0,MAXSIZE);
}
static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
}
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
}
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}客户端也用epoll实现，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三个描述符，程序如下所示：
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAXSIZE 1024
#define IPADDRESS "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 8787
#define FDSIZE 1024
#define EPOLLEVENTS 20
static void handle_connection(int sockfd);
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
int main(int argc,char *argv[])
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
//处理连接
handle_connection(sockfd);
close(sockfd);
return 0;
}
static void handle_connection(int sockfd)
{
int epollfd;
struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
char buf[MAXSIZE];
int ret;
epollfd = epoll_create(FDSIZE);
add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);
for ( ; ; )
{
ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
}
close(epollfd);
}
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
{
int fd;
int i;
for (i = 0;i < num;i++)
{
fd = events[i].data.fd;
if (events[i].events & EPOLLIN)
do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);
else if (events[i].events & EPOLLOUT)
do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);
}
}
static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
{
int nread;
nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
if (nread == -1)
{
perror("read error:");
close(fd);
}
else if (nread == 0)
{
fprintf(stderr,"server close.\n");
close(fd);
}
else
{
if (fd == STDIN_FILENO)
add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);
else
{
delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);
}
}
}
static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
{
int nwrite;
nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
if (nwrite == -1)
{
perror("write error:");
close(fd);
}
else
{
if (fd == STDOUT_FILENO)
delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
else
modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
}
memset(buf,0,MAXSIZE);
}
static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
}
static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
}
static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
{
struct epoll_event ev;
ev.events = state;
ev.data.fd = fd;
epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}