I/O多路轉接之select、poll、epoll

1、select

    1.select簡介

    系統提供select函數來實現多路複用輸入/輸出模型。select系統調用是用來讓咱們的程序監視多個文件句柄的狀態變化的。程序會停在select這裏等待，直到被監視的文件句柄有一個或多個發生了狀態改變。

    文件句柄，其實就是一個整數，咱們最熟悉的句柄是0、一、2三 個，0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準錯誤輸出。0、一、2是整數表示的，對應的FILE * 結構的表示就是stdin、stdout、stderr。

     2.select函數

    （1）參數nfds是須要監視的最大的文件描述符值+1； 

    （2）rdset,wrset,exset分別對應於須要檢測的可讀文件描述符的集合，可寫文件描述符的集合及異常文件描述符的集合。 

    （3）參數timeout爲結構timeval，用來設置select()的等待時間。

    struct timeval結構用於描述一段時間長度，若是在這個時間內，須要監視的描述符沒有事件發生則函數返回，返回值爲0。

    

     （4）FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用來清除描述詞組set中相關fd 的位。 

         FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用來測試描述詞組set中相關fd 的位是否爲真。

         FD_SET（int fd,fd_set*set）；用來設置描述詞組set中相關fd的位。 

         FD_ZERO（fd_set *set）；用來清除描述詞組set的所有位。 

2、poll

    不一樣與select使用三個位圖來表示三個fdset的方式，poll使用一個 pollfd的指針實現。 

    

    pollfd結構包含了要監視的event和發生的event，再也不使用select「參數-值」傳遞的方式。同時， pollfd並無最大數量限制（可是數量過大後性能也是會降低）。和select函數同樣，poll返回後，須要輪詢pollfd來獲取就緒的描述符。

3、epoll

    epoll是爲處理大批量句柄而做了改進的poll。固然，這不是 2.6內核纔有的，它是在2.5.44內核中被引進的(epoll(4) is a new API introduced in Linux kernel 2.5.44)，它幾乎具有了以前所說的一切優勢，被公認爲Linux2.6下性能最好的多路I/O就緒通知方法。  

    epoll只有epoll_create,epoll_ctl,epoll_wait 3個系統調用。  

    1.int epoll_create(int size); 

    建立一個epoll的句柄。自從linux2.6.8以後，size參數是被忽略的。須要注意的是，當建立好epoll句柄後，它就是會佔用一個fd值，在linux下若是查看/proc/進程id/fd/，是可以看到這個fd的，因此在使用完epoll後，必須調用close()關閉，不然可能致使fd被耗盡。 

    2.int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

    epoll的事件註冊函數，它不一樣於select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麼類型的事件，而是在這裏先註冊要監聽的事件類型。

    （1）第一個參數是epoll_create()的返回值。 

    （2）第二個參數表示動做，用三個宏來表示： 

    EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；

    EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事；

    EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd； 

    （3）第三個參數是須要監聽的fd。

    （4） 第四個參數是告訴內核須要監聽什麼事，struct epoll_event結構以下：

    

    EPOLLIN ：表示對應的文件描述符能夠讀（包括對端SOCKET正常關閉）； 

    EPOLLOUT：表示對應的文件描述符能夠寫； 

    EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這裏應該表示有帶外數據到來）； 

    EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤； 

    EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷； 

    EPOLLET： 將EPOLL設爲邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來講的；

    在將RFD添加到epoll描述符的時候使用了EPOLLET標誌，那麼在調用 epoll_wait以後將有可能會掛起，由於剩餘的數據還存在於文件的輸入緩衝區內，並且數據發出端還在等待一個針對已經發出數據的反饋信息。只有在監視的文件句柄上發生了某個事件的時候 ET工做模式纔會彙報事件。所以在調用epoll_wait以後，調用者可能會放棄等待仍在存在於文件輸入緩衝區內的剩餘數據。epoll工做在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以免因爲一個文件 句柄的阻塞讀/阻塞寫操做把處理多個文件描述符的任務餓死。

    以LT方式調用epoll接口的時候，它就至關於一個速度比較快的poll，而且不管後面的數據是否被使用，所以他們具備一樣的職能。由於即便使用ET模式的epoll，在收到多 個chunk的數據的時候仍然會產生多個事件。調用者能夠設定EPOLLONESHOT標誌，在 epoll_wait收到事件後epoll會與事件關聯的文件句柄從epoll描述符中禁止掉。所以當 EPOLLONESHOT設定後，使用帶有 EPOLL_CTL_MOD標誌的epoll_ctl處理文件句柄就 成爲調用者必須做的事情。  

    EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完此次事件以後，若是還須要繼續監聽這個 socket的話，須要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裏。

    3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);     

    收集在epoll監控的事件中已經發送的事件。參數events是分配好的epoll_event結構體數組，epoll將會把發生的事件賦值到events數組中（events不能夠是空指針，內核只負責把數據復 制到這個events數組中，不會去幫助咱們在用戶態中分配內存）。maxevents告以內核這個 events有多大，這個 maxevents的值不能大於建立epoll_create()時的size，參數timeout是超時 時間（毫秒，0會當即返回，-1將不肯定，也有說法說是永久阻塞）。若是函數調用成功，返回對應I/O上已準備好的文件描述符數目，如返回0表示已超時。     

4、select、poll、epoll的比較

    每次調用select，都須要把fd集合從用戶態拷貝到內核態，這個開銷在fd不少時會很大；同時每次調用select都須要在內核遍歷傳遞進來的全部fd，這個開銷在fd不少時也很大；select支持的文件描述符數量過小了，默認是1024。 

    select和poll都須要在返回後，經過遍歷文件描述符來獲取已經就緒的socket。事實上，同時鏈接的大量客戶端在一時刻可能只有不多的處於就緒狀態，所以隨着監視的描 述符數量的增加，其效率也會線性降低。

    epoll支持一個進程打開大數目的socket描述符(FD);.IO效率不隨FD數目增長而線性降低;.使用mmap加速內核與用戶空間的消息傳遞。

    select/poll每次調用時都要傳遞。你所要監控的全部socket給select/poll系統調用，這意味着須要將用戶態的socket列表copy到內核態，若是以萬計的句柄會致使每次都要copy幾十幾百KB的內存到內核態，很是低效。而咱們調用epoll_wait時就至關於以往調用select/poll，可是這時卻不用傳遞socket句柄給內核，由於內核已經在epoll_ctl中拿到了要監控的句柄列表。