UNIX网络编程2 理解select、poll、epoll原理

三者实现原理对比分析

select, poll, epoll都是IO多路复用的机制，上文中提到的多路复用主要是以select为例，select和poll大同小异，因为select和poll的实现有明显的缺点，所以在Linux2.5.44中引入了 新的处理大批量句柄的API——epoll，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。这里还是要强调，I/O多路复用机制的目的是应对大量的描述符，并不是所有情况下性能都是最好的（相比于直接的blocking、non-blocking、asynchronous），select、poll、epoll本质上都是同步I/O，因为它们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的（上文也得出了这个结论，epoll使用mmap机制省去了内核空间到用户空间的数据拷贝，似乎可以认为是异步的）。

select和poll的实现比较相似，重点还是以select为例，epoll可以说是select和poll的增强版，优化了几个方面的性能。

1. select实现原理

1）使用copy_from_user从用户空间拷贝fd_set到内核空间

2）注册回调函数__pollwait

3）遍历所有fd，调用其对应的poll方法（对于socket这个poll方法是sock_poll，sock_poll根据情况会调用到tcp_poll、udp_poll或者datagram_poll）

4）以tcp_poll为例，其核心实现就是__pollwait，也就是上面注册的回调函数

5）__pollwait的主要工作就是把current（当前进程）挂到设备的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列，对于tcp_poll来说，其等待队列是sk->sk_sleep（把进程挂到等待队列中并不代表进程已经睡眠）。在设备收到一条消息或填写完文件数据后，会唤醒设备等待队列上的进程，这时current便被唤醒了

6）poll方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的掩码，根据这个掩码给fd_set赋值

7）如果遍历完所有的fd，还没有返回一个可读写的掩码，则会调用schedule_timeout使调用select的进程（也就是current）进入睡眠。当设备驱动发现自身资源可读写后，会唤醒其等待队列上睡眠的进程。如果超过一定的超时时间（schedule_timeout指定）还是没被唤醒，则调用select的进程会重新被唤醒获得CPU，进而重新遍历fd，判断有没有就绪的fd

8）把fd_set从内核空间拷贝到用户空间

select 的几个缺点：

1）每次调用select，都需要把fd集合从用户空间拷贝到内核空间，这个开销在fd很多时会很大

2）每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也会很大

3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

2. poll的实现