c++的IO复用select/poll/epoll

c++的IO复用select/poll/epoll

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前言

在网络服务器中，有着高并发的应用场景。面对数十万乃至上百万的socket连接需求，使用多线程模式如Per-connection-Per-thread，每个线程会开(Linux)8M的栈空间，再TCP长连接的情况下，2000/分钟的请求,假定有20000个连接,则需要20000*8M=160G的内存空间，在这样的场景下，IO多路 复用 select/poll/epoll就能较好的解决问题。 select/poll/epoll是可以先批量 关注socket 描述符，阻塞等待，等有内核中有相应的 数据到来，再通知应用服务器 去对相应的socket进行读写操作。

与多过程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是开销小，不用创建线程，也不用保护这些线程，从而大大减小了的开销。

I/O多路复用就是通过一种机制，一个过程能够监督多个描述符，一旦任意一个描述符就绪，可能告诉程序进行相应的读写操作。但select，pselect，poll，epoll实质上都是同步I/O，因为他们都须要在读写事件就绪后本人负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的

一、多种IO模式

对于一次IO访问（以read举例），数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。所以说，当一个read操作发生时，它会经历两个阶段：1. 等待数据准备 (Waiting for the data to be ready)2. 将数据从内核拷贝到进程中 (Copying the data from the kernel to the process)

linux五种网络模式

• 阻塞 I/O（blocking IO） -------read、write、默认socket
• 非阻塞 I/O（nonblocking IO） --------设置socket
• I/O 多路复用（ IO multiplexing）--------- select、poll、epoll
• 信号驱动 I/O（ signal driven IO）
• 异步 I/O（asynchronous IO）
  

二、I/O 多路复用之select、poll、epoll详解

2.1 select

int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);

select 函数监视的文件描述符指针分3类，分别是*writefds、readfds、和exceptfds，指向的都是描述符集（位图）。调用后select函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可），函数返回。当select函数返回后，可以 通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。

对socket进行扫描时是线性扫描，即采纳轮询的办法，效率较低。
每次调用select前都要重新初始化描述符集（位图），将fd_set从用户态拷贝到内核态，每次调用select后，都需要将fd_set从内核态拷贝到用户态；

select其良好跨平台支持也是它的一个优点。select的一 个缺点在于单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，fd_set是位图，在Linux上64位一般为