IO復用之select poll epoll的總結(jié)(推薦)

更新時間：2017年01月11日 10:43:24 投稿：jingxian

下面小編就為大家?guī)硪黄狪O復用之select poll epoll的總結(jié)(推薦)。小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

I/O復用使得程序能夠同時監(jiān)聽多個文件描述符，對于提高程序性能至關(guān)重要。I/O復用不僅僅在網(wǎng)絡程序中使用，但是我接觸到的例子中，TCP網(wǎng)絡編程那塊使用I/O復用比較多，例如，TCP服務器同時處理監(jiān)聽socket和連接socket.

在了解I/O復用之前，我們需要先了解幾個概念。

1，同步I/O與異步I/O

2，LT（水平觸發(fā)）和ET（邊緣觸發(fā)）

POSIX把兩個術(shù)語定義如下：

同步I/O：導致請求進程阻塞，直到I/O操作完成

異步I/O：不導致請求進程阻塞

阻塞是進程在等待某種資源，但是不能馬上得到，必須等待別的進程釋放資源才能繼續(xù)，屬于被動無法得到時間片，內(nèi)核就切換其它進程運行。

它與休眠和掛起的區(qū)別：休眠一般為主動式的放棄一段CPU時間。

掛起是運行時間片到了,內(nèi)核要調(diào)度其它進程運行,被動式的失去CPU。（掛起可以被別的進程給搶占導致掛起，也可以自己主動掛起自己。）

Unix下可用的5種I/O模型：1，阻塞式I/O 2，非阻塞式I/O 3，I/O 復用 4，信號驅(qū)動I/O（SIGIO） 5，異步I/O

1--4為同步I/O,5為異步I/O。

我們關(guān)注的I/O復用屬于同步I/O，會導致進程阻塞。

在linux的IO多路復用中有水平觸發(fā),邊緣觸發(fā)兩種模式,這兩種模式的區(qū)別如下:

水平觸發(fā)(LT,level-triggered，也被稱為條件觸發(fā)):只要滿足條件，就觸發(fā)一個事件(只要有數(shù)據(jù)沒有被獲取，內(nèi)核就不斷通知你).如果文件描述符已經(jīng)就緒可以非阻塞的執(zhí)行IO操作了,此時會觸發(fā)通知.允許在任意時刻重復檢測IO的狀態(tài),沒有必要每次描述符就緒后盡可能多的執(zhí)行IO.select,poll就屬于水平觸發(fā).

邊緣觸發(fā)(ET,edge-triggered)每當狀態(tài)變化時，觸發(fā)一個事件.如果文件描述符自上次狀態(tài)改變后有新的IO活動到來,此時會觸發(fā)通知.在收到一個IO事件通知后要盡可能多的執(zhí)行IO操作,因為如果在一次通知中沒有執(zhí)行完IO那么就需要等到下一次新的IO活動到來才能獲取到就緒的描述符.信號驅(qū)動式IO就屬于邊緣觸發(fā).

epoll既可以選擇水平觸發(fā)，也可以選擇邊緣觸發(fā)

下面具體介紹三大I/O復用：select,poll,epoll

int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);
returns numbers of ready descriptors,0 on timeout,or -1 on error

int poll(struct pollfd fds[],nfds_t nfds,int timeout);
returns number of ready file descriptors,0 on timeout,or -1 on error;

epoll
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);

下面從事件集、最大支持文件描述符、工作模式、具體實現(xiàn)四個方面進行對比：

3組系統(tǒng)調(diào)用都通過某種結(jié)構(gòu)體來高速內(nèi)核監(jiān)聽哪些文件描述符上的事件，并使用該結(jié)構(gòu)體類型的參數(shù)來獲取內(nèi)核處理的結(jié)構(gòu)。

select的參數(shù)類型fd_set沒有將文件描述符和事件綁定，只能處理可讀、可寫、異常事件，這使得select不能處理更多類型的事件。由于內(nèi)核對fd_set的修改，應用程序下次調(diào)用select前需要重置這3個fd_set集合。

poll通過把文件描述符和事件定義在pollfd中，任何事件都被統(tǒng)一處理，從而使得編程接口簡潔許多。并且內(nèi)核每次修改的是pollfd結(jié)構(gòu)體的revents成員，而events成員保持不變，因此下次調(diào)用poll時無須重置pollfd結(jié)構(gòu)體類型的事件集參數(shù)。由于每次select 和poll調(diào)用都返回整個用戶注冊的事件集合（其中包括就緒的和未就緒的）,所以應用程序索引就緒文件描述符的時間復雜度為O（n）.epoll 則采用與select和poll完全不同的方式來管理用戶注冊的事件。它在內(nèi)核中維護一個事件表，并提供了一個獨立的系統(tǒng)調(diào)用epoll_ctl來控制往其中添加、刪除、修改事件。這樣，每次epoll_wait調(diào)用都直接從該內(nèi)核事件表中取得用戶注冊的事件，而無須反復從用戶空間讀入這些事件。epoll_wait系統(tǒng)調(diào)用的events參數(shù)僅用來返回就緒的事件，這使得應用程序索引就緒文件描述符的時間復雜度為O(1)

poll和epoll_wait分別用nfds和maxevents參數(shù)指定最多監(jiān)聽多少個文件描述符和事件。這兩個數(shù)值都能達到系統(tǒng)最大的文件描述符數(shù)目，即65535(cat/proc/sys/fs/file-max).而select允許監(jiān)聽的最大文件描述符數(shù)量通常有限制。雖然用戶可以修改這個限制，但這可能導致不可預期的后果。

select和poll都只能工作在LT模式，而epoll可以工作在ET模式。并且epoll還支持EPOLLONESHOT事件，該事件可以進一步減少可讀、可寫、和異常等事件被觸發(fā)的次數(shù)

實現(xiàn)原理上，select和poll采用輪詢的方式，即每次都要掃描整個注冊文件描述符集合，并將其中就緒的文件描述符返回給用戶程序，因此他們檢測就緒事件的時間復雜度為O（n）.epoll_wait采用回調(diào)的方式，內(nèi)核檢測到就緒文件描述符時，將觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)將該文件描述符上對應的事件插入內(nèi)核就緒事件隊列。內(nèi)核最后在適當時機將該就緒事件隊列中的內(nèi)容拷貝到用戶空間。因此epoll_wait無須輪詢整個文件描述符集合來檢測哪些文件描述符就緒，其算法復雜度為O(1).

總結(jié)起來如下表所示