select poll epoll总结

I/O请求分两步

1、先将数据从存储介质（磁盘、网络等）拷贝到内核缓冲区，此时数据已准备好，可以被用户应用程序读取。

2、由用户应用程序拷贝内核缓冲区的数据到用户缓冲区。

duo和dup2函数

dup和dup2的作用都是用复制一个文件描述符。它们经常用来重定向进程的stdin，stdout和stderr。

两个函数的原型：

#include <unistd.h> 

 int dup( int oldfd ); 

int dup2( int oldfd, int targetfd );

dup()函数

利用函数dup可以复制描述符，传给该函数一个既有的描述符，它就会返回一个新的描述符，这个新的描述符是传给它的的描述符，这意味着，这两个描述符共享同一个数据结构。

需要注意的是：在调用fork之前建立一个描述符，这与调用dup建立描述符的效果是一样的，子进程同样会收到一个复制出来的描述符。

dup2()函数

dup2函数跟dup函数相似，但dup2函数允许调用者规定一个有效描述符和目的描述符的id。dup2函数成功返回时，目标描述符（dup2函数的第二个参数）将变成（dup2函数的第一个参数）的复制品，换句话说，两个文件描述符都指向同一个文件，并且是函数第一个参数指向的文件。

例子：

#include <stdio.h> 

#include <stdlib.h> 

#include <unistd.h>   

int main() 

{ 

    int pfds[2]; 

    if ( pipe(pfds) == 0 ) {//创建管道

    if ( fork() == 0 ) {//子进程

        close(1);//关闭stdout描述符（也就是输出描述符）

        dup2( pfds[1], 1 );//重定向描述符把stdout重定向到管道（pfds[1]）stdout变成管道的输入端（向管道写）

        close( pfds[0] );//关掉管道的输入端

        execlp( "ls", "ls", "-l", NULL ); 

    } else {//父进程

        close(0);//关闭stdin描述符（也就是输入描述符）

        dup2( pfds[0], 0 );//重定向描述符把stdin重定向到管道（pfds[0]）stdin变成管道的输出端（从管道读）

        close( pfds[1] );//关闭管道的输出端

        execlp( "wc", "wc", "-l", NULL ); 

    } 

    return 0; 

} 

select函数

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄的状态变化。程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态变化。

函数原型：

句柄：其实就是一个整数，最熟悉的句柄是0（标准输入）、1（标准输出）、2（标准错误）。

int select (int maxfdp,fd_set *readset,fd_set *writeset, fd_set *exceptset,const struct timeval * timeout);

参数一：最大文件描述符加1。

参数二：用于检查可读性。

参数三：用于检查可写性。

参数四：用于检查带外数据。

参数五：一个指向timeval结构的指针，用于决定select等待I/O的事时间。

readset writeset exceptset指定我们要让内核测试读、写、和异常条件的描述字，如果对某一个 不感兴趣就可以把它设为空。如果3个指针都为空，则就有了一个比sleep()函数更为精确的定时器（sleep是秒为单位，这个是以微妙为单位）。

struct timeval{

long tv_sec; // seconds

long tv_usec; // microseconds

}

如果参数timeout设为：

NULL：表示select函数没有timeout，select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件。

0： 一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值。

特定时间值：如果在指定时间段里没有事件发生，select将超时返回。

函数返回值：

成功则返回文件描述符状态改变的个数。

返回0代表在描述符状态改变前已超过timeout时间，没有返回。

错误发生时返回-1。

下面的宏提供了处理这三种描述词组的方式：

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO（fd_set *set）；用来清除描述词组set的全部位

select的优点：

1、它能够同时监视多个文件描述符，当select返回后，数组中就绪的fd中的标志位会被修改，用户进程需要判断哪个fd标志修改了，从而进行后续的读写操作。

2、select有良好的跨平台性，几乎支持所有的平台。

select的缺点：

1、每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时候会很大。

2、同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时候也很大。

3、select支持的文件描述符数量太小，默认是1024。

select参考博客：http://blog.csdn.net/xiaocherry1128/article/details/77836583

poll函数

poll和select的实现功能差不多，但poll的效率高，不同与select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个pollfd的指针实现。

pollfd的结构：

struct pollfd{

int fd;//文件描述符

short events;//监视的事件

short revents;//实际发生的事件

};

pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递方式。同时pollfd没有最大数量的限制（但数量过大性能会下降）。和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

函数返回值

当返回正值时，代表满足响应事件的文件描述符的个数，如果返回0则代表在规定事件内没有事件发生。如发现返回为负则应该立即查看 errno，因为这代表有错误发生，如果没有事件发生，revents会被清空。

epoll函数

epoll的相关调用

epoll只有epoll_create,epoll_ctl,epoll_wait三个系统调用。

1、int epoll_create（intsize）;

创建一个epoll的句柄，创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值。使用epoll后，必须close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

2、int epoll_ctl（int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event）;

epoll的事件注册函数，它不同于select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。

参数：

第一个参数：epoll_create()的返回值。

第二个参数：表示动作。

                         用三个宏来表示：

                                        EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中。

                                        EPOLL_CTL_MOD：修改已经在注册的监听事件。

                                        EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd。

第三个参数：需要监听的fd。

第四个参数：一个指向epoll_event结构的指针，告诉内核需要监听什么事。

typedef union epoll_data {

    void *ptr;

    int fd;

    __uint32_t u32;

    __uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

    __uint32_t events; /* Epoll events */

    epoll_data_t data; /* User data variable */

}

events可以是以下几个宏的集合：

EOOLLIN：表示对应的文件描述符可以读（包括对端socket正常关闭）

EOPLLOUT：表示对应的文件描述符可以写。

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急数据可读（应该是表示带外数据到来）。

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误。

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断

EPOLLET：将EPOLL设为边缘触发（Edge Triggered）模式，相对于水平触发（Level Targgered）来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，监听完事件后，如果还需监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列中。

3、int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event *events,int maxevents,int timeout);

收集epoll监控的事件中已经发送的事件。

参数：

epfd：epoll_create()的返回值。

events：分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。

maxevents：告诉内核这个 events有多大，这个值不能大于创建epoll_create()时的size，

timeout：是超时 时间（毫秒，0会⽴立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。

函数返回值：

如果函数调用成功， 返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目，如返回0表示已超时。

epoll工作原理

epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时， 返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一 个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这 样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。 另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。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，一旦基于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。

epoll的优点

1、支持一个进程打开最大数目的socket描述符（select的fd数目太小）

2、I/O效率不随fd数目的增加而线性下降（select和poll效率会下降：select/poll每次调⽤用都会线性扫描全部的集合，导致效率呈现线性下降）

3、使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。

总结：

（1）select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。

（2）select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只要一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次（在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内部定义的等待队列）。这也能节省不少的开销。