linux I/O複用（轉載）

  Linux中異步IO等待無非就三個系統調用：select， poll和epoll。不少人沒法理解三種調用的區別，或不夠了解，今天就結合Linux kernel code詳細描述三個的區別！

 

    select:

    select 的限制就是最大1024個fd，能夠查看kernel中的posix_types.h，裏面定義了fdset數據結構，顯然select不適合poll大量fd的場景（如webserver）。 

 

    include/linux/posix_types.h ：

 

 

#undef __NFDBITS
#define __NFDBITS       (8 * sizeof(unsigned long))

#undef __FD_SETSIZE
#define __FD_SETSIZE    1024

#undef __FDSET_LONGS
#define __FDSET_LONGS   (__FD_SETSIZE/__NFDBITS)

#undef __FDELT
#define __FDELT(d)      ((d) / __NFDBITS)

#undef __FDMASK
#define __FDMASK(d)     (1UL << ((d) % __NFDBITS))

typedef struct {
        unsigned long fds_bits [__FDSET_LONGS];
} __kernel_fd_set;

 

 

  poll:

   poll相對於select改進了fdset size的限制，poll沒有再使用fdset數組結構，反而使用了pollfd，這樣用戶能夠自定義很是大的pollfd數組，這個pollfd數組在kernel中的表現形式是poll_list鏈表，這樣就不存在了1024的限制了，除此以外poll相比select無太大區別。

 

 

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
                struct timespec *end_time)
{
        struct poll_wqueues table;
        int err = -EFAULT, fdcount, len, size;
        /* Allocate small arguments on the stack to save memory and be
           faster - use long to make sure the buffer is aligned properly
           on 64 bit archs to avoid unaligned access */
        long stack_pps[POLL_STACK_ALLOC/sizeof(long)];
        struct poll_list *const head = (struct poll_list *)stack_pps;
        struct poll_list *walk = head;
        unsigned long todo = nfds;

        if (nfds > rlimit(RLIMIT_NOFILE))
                return -EINVAL;

        len = min_t(unsigned int, nfds, N_STACK_PPS);
        for (;;) {
                walk->next = NULL;
                walk->len = len;
                if (!len)
                        break;

                if (copy_from_user(walk->entries, ufds + nfds-todo,
                                        sizeof(struct pollfd) * walk->len))
                        goto out_fds;

                todo -= walk->len;
                if (!todo)
                        break;

                len = min(todo, POLLFD_PER_PAGE);
                size = sizeof(struct poll_list) + sizeof(struct pollfd) * len;
                walk = walk->next = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
                if (!walk) {
                        err = -ENOMEM;
                        goto out_fds;
                }
        }

 

 

   epoll：

    select與poll的共同點是fd有數據後kernel會遍歷全部fd，找到有效fd後初始化相應的revents，用戶空間程序須再次遍歷整個fdset，以找到有效的fd，這樣實際上就遍歷了兩次fd數組表，對於極大量fd的狀況，這樣的性能很是很差，請看一下do_poll代碼：

 

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,
                   struct poll_wqueues *wait, struct timespec *end_time)
{
        poll_table* pt = &wait->pt;
        ktime_t expire, *to = NULL;
        int timed_out = 0, count = 0;
        unsigned long slack = 0;

        /* Optimise the no-wait case */
        if (end_time && !end_time->tv_sec && !end_time->tv_nsec) {
                pt = NULL;
                timed_out = 1;
        }

        if (end_time && !timed_out)
                slack = select_estimate_accuracy(end_time);

        for (;;) {
                struct poll_list *walk;

                for (walk = list; walk != NULL; walk = walk->next) {
                        struct pollfd * pfd, * pfd_end;

                        pfd = walk->entries;
                        pfd_end = pfd + walk->len;
                        for (; pfd != pfd_end; pfd++) {
                                /*
                                 * Fish for events. If we found one, record it
                                 * and kill the poll_table, so we don't
                                 * needlessly register any other waiters after
                                 * this. They'll get immediately deregistered
                                 * when we break out and return.
                                 */
                                if (do_pollfd(pfd, pt)) {
                                        count++;
                                        pt = NULL;
                                }
                        }
                }

 

    epoll的出現解決了這種問題，那麼epoll是如何作到的呢？ 咱們知道select, poll和epoll都是使用waitqueue調用callback函數去wakeup你的異步等待線程的，若是設置了timeout的話就起一個hrtimer，select和poll的callback函數並無作什麼事情，但epoll的waitqueue callback函數把當前的有效fd加到ready list，而後喚醒異步等待進程，因此你的epoll函數返回的就是這個ready list， ready list中包含全部有效的fd，這樣一來kernel不用去遍歷全部的fd，用戶空間程序也不用遍歷全部的fd，而只是遍歷返回有效fd鏈表，因此epoll天然比select和poll更適合大數量fd的場景。

 

 

static int ep_send_events(struct eventpoll *ep,
                          struct epoll_event __user *events, int maxevents)
{
        struct ep_send_events_data esed;

        esed.maxevents = maxevents;
        esed.events = events;

        return ep_scan_ready_list(ep, ep_send_events_proc, &esed);
}

 

    如今你們應該明白select, poll和epoll的區別了吧！有人問既然select和poll有這麼明顯的缺陷，爲何不改掉kernel中的實現呢？ 緣由很簡單，後向ABI兼容，select和poll的ABI沒法返回ready list，只能返回整個fd數組，因此用戶只得再次遍歷整個fd數組以找到哪些fd是有數據的。

    epoll還包括 「Level-Triggered」 和 「Edge-Triggered」，這兩個概念在這裏就很少贅述了，由於"man epoll"裏面解釋的很是詳細，還有使用epoll的example。

原文出自：http://bookjovi.iteye.com/blog/1186736