IO多路复用之select、poll、epoll

IO多路复用允许程序同时等待多个IO事件,降低了系统开销。在Linux中,select、poll和epoll是常见的实现方式。epoll在性能和效率上优于select和poll,它使用回调机制和事件通知,减少了不必要的遍历操作。然而,epoll在某些场景下可能存在更高的系统资源消耗。

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IO多路复用之select、poll、epoll

IO多路复用是指内核一旦发现线程指定的一个或者多个IO条件准备读取,它就通知该进程。
当客户处理多个描述符时(一般是交互式输入和网络套接口),必须使用I/O复用。

与多进程和多线程技术相比,I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小,系统不必创建进程/线程,也不必维护这些进程/线程,从而大大减小了系统的开销。

目前支持I/O多路复用的系统调用有 select,pselect,poll,epoll,I/O多路复用就是通过一种机制,一个进程可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或者写就绪),能够通知程序进行相应的读写操作但select,pselect,poll,epoll本质上都是同步I/O,因为他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,而异步I/O则无需自己负责进行读写,异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

select、poll、epoll简介:

epoll跟select都能提供多路I/O复用的解决方案。在现在的Linux内核里有都能够支持,其中epoll是Linux所特有,而select则应该是POSIX所规定,一般操作系统均有实现。

假设你在大学读书,住的宿舍楼有很多间房间,你的朋友要来找你。 select版宿管大妈就会带着你的朋友挨个房间去找,直到找到你为止。 而epoll版宿管大妈会先记下每位同学的房间号, 你的朋友来时,只需告诉你的朋友你住在哪个房间即可,不用亲自带着你的朋友满大楼找人。 如果来了10000个人,都要找自己住这栋楼的同学时,select版和epoll版宿管大妈,谁的效率更高,不言自明。 同理,在高并发服务器中,轮询I/O是最耗时间的操作之一,select和epoll的性能谁的性能更高,同样十分明了。

### 异步IO多路复用selectpollepoll的区别 #### Select机制分析 Select采用的是轮询的方式去检测每一个文件描述符的状态变化,当调用`select()`时,它会阻塞直到有一个或多个文件描述符准备好进行读取或写入操作,或者是超时发生。然而,在每次调用之前都需要重新设置感兴趣的文件描述符集合,并且对于大量连接来说效率较低,因为其内部实现是对所有传入的文件描述符依次做线性扫描。 #### Poll机制解析 PollSelect相似之处在于两者都基于水平触发模式工作,这意味着只要某个文件描述符处于可读状态,则一直保持激活直至被消费掉为止。但是poll解决了select的最大文件描述符数量受限于FD_SETSIZE的问题,理论上支持更大的并发量。不过poll同样存在性能瓶颈—随着监控列表的增长,遍历整个数组查找已准备好的事件仍然是一项耗时的工作[^4]。 #### Epoll特性介绍 Epoll则采用了完全不同的设计理念来优化上述两种方式存在的缺陷: - **边缘触发(Edge Triggered, ET) vs 水平触发(Level Triggered, LT)**: 支持这两种模式,默认情况下为LT模式下运作。ET模式仅在监测到新的数据到来瞬间触发一次回调通知给应用层;而在LT模式里只要有未处理的数据就会持续报告。 - **高效的通知机制**: 不同于前两者的被动查询模型,epoll主动告知哪些具体的socket已经发生了特定类型的活动,从而使得开发者能够精准定位并响应感兴趣的变化源而不必逐一排查全部可能的对象。 - **高性能扩展能力**: 利用了Linux内核提供的红黑树结构以及hash表技术实现了高效的动态增删改查功能,这不仅提高了系统的吞吐率还降低了CPU占用率。此外,由于只关心活跃链接所以即使面对海量级的同时在线用户也能维持良好的表现力[^1]。 ```c int epoll_fd = epoll_create(EPOLL_SIZE); struct epoll_event event; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 设置为边沿触发 event.data.fd = listen_sock; // 注册监听套接字至epoll实例中 if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &event) == -1){ perror("epoll set insertion error"); } ```
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