IO多路复用（select、poll、epoll总结）

IO多路复用

原型介绍：

IO多路复用：这种方式可以同时监测多个文件描述符并且这个过程是阻塞的，一旦检测到有文件描述符就绪（ 可以读数据或者可以写数据）程序的阻塞就会被解除，之后就可以基于这些（一个或多个）就绪的文件描述符进行通信了。通过这种方式在单线程/进程的场景下也可以在服务器端实现并发。常见的IO多路转接方式有：select、poll、epoll。

select函数原型：

入参：

（1）nfds：委托内核检测的这三个集合中最大的文件描述符 + 1

内核需要线性遍历这些集合中的文件描述符，这个值是循环结束的条件

在Window中这个参数是无效的，指定为-1即可

（2）readfds（读集合）：文件描述符的集合, 内核只检测这个集合中文件描述符对应的读缓冲区

传入传出参数，读集合一般情况下都是需要检测的，这样才知道通过哪个文件描述符接收数据

（3）writefds（写集合）：内核只检测这个集合中文件描述符对应的写缓冲区

如果不需要使用这个参数可以指定为NULL

（4）exceptfds（异常集合）：内核检测集合中文件描述符是否有异常状态

（5）timeout：超时时长，用来强制解除select()函数的阻塞的

NULL：函数检测不到就绪的文件描述符会一直阻塞。

等待固定时长（秒）：函数检测不到就绪的文件描述符，在指定时长之后强制解除阻塞，函数返回0

不等待：函数不会阻塞，直接将该参数对应的结构体初始化为0即可。

返回值：

大于0：成功，返回集合中已就绪的文件描述符的总个数

等于-1：函数调用失败

等于0：超时，没有检测到就绪的文件描述符

注：select()函数中第2、3、4个参数都是fd_set类型，它表示一个文件描述符的集合，这个类型的数据有128个字节，也就是1024个标志位，和内核中文件描述符表中的文件描述符个数是一样的。

也就是说select检测的文件描述符有限制1024

内核检测流程：

fd_set中存储了要委托内核检测读缓冲区的文件描述符集合

如果集合中的标志位为0代表不检测这个文件描述符状态

如果集合中的标志位为1代表检测这个文件描述符状态

内核检测读集合中文件描述符对应的读缓冲区若无数据，内核将该文件描述符对应标志位改为0，有数据标志位不变为1。

当select()函数解除阻塞之后，被内核修改过的读集合通过参数传出，此时集合中只要标志位的值为1，那么它对应的文件描述符肯定是就绪的，我们就可以基于这个文件描述符和客户端建立新连接或者通信了。

初始化集合函数

处理流程：

服务器端基于select实现并发：

（1）创建监听套接字lfd = socket();

  (2) 监听套接字lfd与本底IP及端口进行绑定，bind（）；

（3）监听套接字设置监听 listen（）；

（4）创建文件描述符集合fd_set，用于检测读事件；

通过 FD_ZERO() 初始化

通过 FD_SET() 将监听的文件描述符放入检测的读集合中

（5）循环调用select()，周期性检测

（6）select解除阻塞返回，得到满足就绪的文件描述符集合

通过FD_ISSET() 判断集合中的标志位是否为 1

如果这个文件描述符是监听的文件描述符，调用 accept() 和客户端建立连接

将得到的新的通信的文件描述符，通过FD_SET() 放入到检测集合中

如果这个文件描述符是通信的文件描述符，调用通信函数和客户端通信

如果客户端和服务器断开了连接，使用FD_CLR()将这个文件描述符从检测集合中删除

如果没有断开连接，正常通信即可。

（7）

poll函数

入参：（1）fds: struct pollfd类型的数组,存储待检测的文件描述符信息，三个成员

1.fd:检测的文件描述符

 2.Events：委托内核检测的fd事件（输入、输出、错误），每一个事件有多个取值

 3.revents：这是一个传出参数，数据由内核写入，存储内核检测之后的结果

（2）nfds: 这是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1（也可以指定参数1数组的元素总个数）

（3）timeout：poll函数阻塞时长

-1：一直阻塞，直到检测的集合中有就绪的文件描述符（有事件产生）解除阻塞

0：不阻塞，不管检测集合中有没有已就绪的文件描述符，函数马上返回

大于0：阻塞指定的毫秒（ms）数之后，解除阻塞

返回值：失败： 返回-1

成功：返回一个大于0的整数，表示检测的集合中已就绪的文件描述符的总个数

缺点：

1.文件描述符数量有限，32位1024,64位2048；

2.采用轮询的方式，效率低

3.用户态与内核态频繁复制传递fd数据，开销大

poll与select区别：

三者对比：

共同点：一个线程管理和检测IO是否准备就绪。

三者相关API：

Select

Poll

epoll

区别