多路复用select poll epoll

本文详细介绍了I/O多路复用机制中的select、poll和epoll,这些技术允许一个进程监视多个描述符并在其就绪时进行读写操作。它们虽然本质上属于同步I/O,但在实际应用中被视为异步I/O的一种实现方式。文章还提到了Python中的select方法及其在并发socket server中的应用。

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I/O 多路复用之select、poll、epoll详解

  • select,poll,epoll都是IO多路复用的机制。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,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。
  • 但实际中,异步IO实施起来很复杂,内核支持也不是很好;因此大家说的异步IO基本上是指IO多路复用。
  • 参考文档

Python select

  • Python的select()方法直接调用操作系统的IO接口,它监控sockets,open files, and pipes(所有带fileno()方法的文件句柄)何时变成readable 和writeable, 或者通信错误,select()使得同时监控多个连接变的简单,并且这比写一个长循环来等待和监控多客户端连接要高效,因为select直接通过操作系统提供的C的网络接口进行操作,而不是通过Python的解释器。

使用select实现一个并发socket server

  • 必须使socket处于非阻塞模式
socket.setblocking(True)
### 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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