操作系统知识点梳理

操作系统的主要组成部分：进程和线程的管理，存储管理，设备管理，文件管理。

#2、 select、 poll和epoll的区别？

select、poll、epoll都是IO多路复用的机制
FD：socket描述符

IO多路复用适用如下场合：
（1）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
（2）当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现
（3）如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用
（4）如果一个服务器既要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用
（5）如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用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时间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。

一、select的特点：
（1）select目前几乎在所有的平台上支持，良好跨平台支持是它的一个优点，
（2）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，它由FD_SETSIZE设置，默认值是1024。
一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看。32位机默认是1024个，64位机默认是2048。
（3）对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低。
当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个socket来完成调度，不管哪个socket是活跃的还是不活跃的，通通都遍历一遍，这会浪费很多CPU时间。（epoll做了改进，只轮询活跃的）
（4）需要维护一个用来存放大量FD的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大。

二、poll的特点
基本原理：poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个FD对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有FD后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历FD，这个过程经历了多次无谓的遍历（跟select一样不管socket活跃不活跃，均会遍历）

与select的区别：它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的
缺点：
（1）大量的FD数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
（2）poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了FD后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该FD

总结：select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。事实上，同时连接的大量客户端在一个时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

三、epoll特点
epoll相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

epoll支持水平触发和边缘触发，最大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些FD刚刚变为就绪态，并且只会通知一次。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。

epoll的优点：
（1）没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）
（2）效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数。即epoll最大的优点就在于它只管“活跃”的连接，而根连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll
（3）内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销。
（4）在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。（此处去掉了遍历文件描述符，而是通过监听回调的机制，这正是epoll的魅力所在）

注意：如果没有大量的idle-connection或者dead-connection（即不活跃或者空闲的线程）时，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当遇到大量的idle-connection，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。

直观的比较：
1、支持一个进程所能打开的最大连接数

select	单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是3232，同理64位机器上FD_SETSIZE为3264），当然我们可以进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响，这需要进一步的测试
poll	poll本质上和select没有区别，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的
epoll	虽然连接数有上限，但是很大，1G内存的机器上可以打开10万左右的连接，

2、消息传递方式

select	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作</