IO多路转接select、poll、epoll模型

最新推荐文章于 2024-12-02 22:14:47 发布

Antony12

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本文介绍I/O多路转接技术中的select、poll及epoll三种方法。重点讲解了它们的工作原理、优缺点及应用场景。select适用于少量文件描述符监控；poll改进了select的固定数量限制；epoll则进一步优化，特别适用于处理大批量文件描述符。

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I/o多路转接之select:

一、select：

1、特点：负责等
2、可以等待多个fd（read负责读取）
系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型
输入：用户想告诉操作系统哪个是你应该关心的读事件
输出：操作系统告诉用户你所关心的文件描述符上的事件哪些是fd已经就绪

二、select函数原型：

#include<sys/select.h>
int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout）;

这里写图片描述

三、理解select执行过程：（理解fd_set）

fd_set长度为1字节，fd_set中的每一bit可以对应一个fd，则1字节长的fd_set最大可以对应8个fd。

用int数组来保存文件描述符

四、socket就绪条件：

1、读就绪

1）、Socket内核中接受缓冲区的字节数>=低水位标记SO_RCVLOWAT，可以无阻塞的读

2）、监听的Socket上有新的链解请求

3）、socket上有未处理的错误
4）、Socket Tcp通信中，对端关闭连接，此时对该Socket读，则返回0；

2、写就绪：

1）、Socket内核中，发送缓冲区的可用字节数》=低水位标记SO_RCVLOWAT，此时可以无阻塞的写
2）、Socket的写操作被关闭（close或者shutdown),对一个写操作被关闭的Socket进行写操作，会触发SIGPIPE信号
3）、Socket使用非阻塞connect连接成功或失败后
4）、Socket上有未读取的错误

3、异常就绪：Socket上收到带外数据。（有一个紧急指针的字段）

五、select的特点：

1）可监控的文件描述符个数取决与sizeof(fdset)的值，例：sizeof(fdset)=512,每bit表示一个文件描述符，则此服务器上最大的文件描述符是512*8=4096.
2）fd加入select监控集，再使用一个数组array保存放到select监控集中的fd
*用于再select返回后，array作为源数据和fdset进行DISSSET判断
*****Select返回后把以前加入的但并无事件发生的fd清空，每次开始select前都必须从array数组取得fd逐一加入，扫描array的同时取得fd最大值maxfid，用于select的第一个参数。

六、selec的缺点：

1）性能降低，代码难写

2）数组承载有上限（位图有大小，所存的文件描述符就有限）

3）开销大

4）输入输出函数混合在一起必须依赖一个第三方数组

I/O多路转接之poll：

一、函数接口：

#include<poll.h>
int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds,int timeout);
//pollfd 结构
struct pollfd{
     int fd;                     /*file descriptor*/
     short events;       /*requested events*/
     short revents;     /*returned events*/
     };

这里写图片描述

2、events和revents的取值

events:所关心的fd是什么

revents：所关心的fd哪些已经就绪

3、返回结果：

1）返回值小于0，表示出错
2）返回值等于0，表示poll函数等待超时；
3）返回值大于0，表示poll由于监听的文件描述符就绪而返回。

二、socket就绪条件：

同select

三、poll的优点：

不同于select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个pollfd的指针实现

1）polled结构包含了要发生的event和发生过的event,不再使用select”参数-值”的传递方式，

接口比select更方便

2）poll并没有最大数量限制

（但是数量过大后性能也是会下降）

四、poll的缺点

poll监听的文件描述符数目增多时：

1）性能下降

（同时连接的大量客户端一时刻只有少数处于就绪状态）

2）麻烦

（每次调用poll都要把大量的pollfd结构从用户态拷到内核中）
（poll返回后，需要轮询polled来获取就绪的描述符）

I/o多路转接之epoll

一、epoll初识：是为处理大批量句柄而做了改进的poll

二、epoll工作原理：

这里写图片描述

三、epoll的三个调用：

1、epoll_create

int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄。
1）linux2.6.8之后，size参数是被忽略的
2 ）用完之后，必须调用close()关闭。

2、epoll_ctl（操控红黑树）

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

这里写图片描述

3、epoll_wait(操控就绪队列）

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

这里写图片描述

总结：

epoll使用三部曲：

1）调用epoll_create创建一个epoll句柄
2）调用epoll_ctl,将要监控的文件描述符进行注册
3）调用epoll_wait,等待文件描述符就绪

四、epoll的优点

1）文件描述符无上限；
2)基于事件的就绪通知方式。（函数的读和写分开来执行）（一旦就绪，内核采用callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，不会影响性能）
3）维护就绪队列：当fd就绪，就被放入就绪队列，调用epoll_wait获取fd(O(1))
4)内存映射机制错误（建立过程中传了缓冲区，完成了从内核到用户数据的拷贝）