select、poll、epoll使用小结

转载：http://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/7717125

Linux上可以使用不同的I/O模型，我们可以通过下图了解常用的I/O模型：同步和异步模型，以及阻塞和非阻塞模型，本文主要分析其中的异步阻塞模型。

一、select使用

这个模型中配置的是非阻塞I/O,然后使用阻塞select系统调用来确定一个I/O描述符何时有操作。使用select调用可以为多个描述符提供通知，对于每个提示符，我们可以请求描述符的可写，可读以及是否发生错误。异步阻塞I/O的系统流程如下图所示：

使用select常用的几个函数如下：

[cpp] view plain copy

1. FD_ZERO(int fd, fd_set* fds)   
2. FD_SET(int fd, fd_set* fds)   
3. FD_ISSET(int fd, fd_set* fds)   
4. FD_CLR(int fd, fd_set* fds)   
5. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)   

fd_set类型可以简单的理解为按bit位标记句柄的队列。具体的置位、验证可以使用FD_SET,FD_ISSET等宏实现。在select函数中，readfds、writefds和exceptfds同时作为输入参数和输出参数，如果readfds标记了一个位置，则，select将检测到该标记位可读。timeout为设置的超时时间。

下面我们来看如何使用select：

[cpp] view plain copy

1. SOCKADDR_IN addrSrv;  
2. int reuse = 1;  
3. SOCKET sockSrv,connsock;  
4. SOCKADDR_IN addrClient;  
5. pool pool;  
6. int len=sizeof(SOCKADDR);  
7. /*创建TCP*/  
8. sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
9. /*地址、端口的绑定*/  
10.   
11. addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);  
12. addrSrv.sin_family=AF_INET;  
13. addrSrv.sin_port=htons(port);  
14.   
15. if(bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR))<0)  
16. {  
17.     fprintf(stderr,"Failed to bind");  
18.     return ;  
19. }  
20.   
21. if(listen(sockSrv,5)<0)  
22. {  
23.     fprintf(stderr,"Failed to listen socket");  
24.     return ;  
25. }  
26. setsockopt(sockSrv,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const char*)&reuse,sizeof(reuse));  
27. init_pool(sockSrv,&pool);  
28. while(1)  
29. {  
30.     /*通过selete设置为异步模式*/  
31.     pool.ready_set=pool.read_set;  
32.     pool.nready=select(pool.maxfd+1,&pool.ready_set,NULL,NULL,NULL);  
33.     if(FD_ISSET(sockSrv,&pool.ready_set))  
34.     {  
35.         connsock=accept(sockSrv,(SOCKADDR *)&addrClient,&len);  
36.         //loadDeal()/*连接处理*/  
37.         //printf("test\n");  
38.         add_client(connsock,&pool);//添加到连接池  
39.     }  
40.     /*检查是否有事件发生*/  
41.     check_client(&pool);  
42. }  

上面是一个服务器代码的关键部分，设置为异步的模式，然后接受到连接将其添加到连接池中。监听描述符上使用select，接受客户端的连接请求，在check_client函数中，遍历连接池中的描述符，检查是否有事件发生。

二、poll使用

poll函数类似于select，但是其调用形式不同。poll不是为每个条件构造一个描述符集，而是构造一个pollfd结构体数组，每个数组元素指定一个描述符标号及其所关心的条件。定义如下：

[cpp] view plain copy

1. #include <sys/poll.h>  
2. int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);  
3. struct pollfd {  
4. int fd; /* file descriptor */  
5. short events; /* requested events to watch */  
6. short revents; /* returned events witnessed */  
7. };  

每个结构体的events域是由用户来设置，告诉内核我们关注的是什么，而revents域是返回时内核设置的，以说明对该描述符发生了什么事件。这点与select不同，select修改其参数以指示哪一个描述符准备好了。在《unix环境高级编程》中有一张events取值的表，如下：

POLLIN :可读除高优级外的数据，不阻塞

POLLRDNORM：可读普通数据，不阻塞

POLLRDBAND：可读O优先数据，不阻塞

POLLPRI：可读高优先数据，不阻塞

POLLOUT ：可写普数据，不阻塞

POLLWRNORM：与POLLOUT相同

POLLWRBAND：写非0优先数据，不阻塞

其次revents还有下面取值

POLLERR ：已出错

POLLHUP：已挂起，当以描述符被挂起后，就不能再写向该描述符，但是仍可以从该描述符读取到数据。

POLLNVAL：此描述符并不引用一打开文件

对poll函数，nfds表示fds中的元素数，timeout为超时设置，单位为毫秒若为0，表示不等待，为-1表示描述符中一个已经准备好或捕捉到一个信号返回，大于0表示描述符准备好，或超时返回。函数返回值返回值若为0，表示没有事件发生，-1表示错误，并设置errno，大于0表示有几个描述符有事件。

poll的使用和select基本类似。在此不再介绍。poll相对于是select的优势是监听的描述符数量没有限制。

三、epoll学习

epoll有两种模式,Edge Triggered(简称ET) 和 Level Triggered(简称LT).在采用这两种模式时要注意的是,如果采用ET模式,那么仅当状态发生变化时才会通知,而采用LT模式类似于原来的select/poll操作,只要还有没有处理的事件就会一直通知.

1）epoll数据结构介绍：

[cpp] view plain copy

1. typedef union epoll_data  
2. {  
3.   void        *ptr;  
4.   int          fd;  
5.   __uint32_t   u32;  
6.   __uint64_t   u64;  
7. } epoll_data_t;  
8.   
9. struct epoll_event  
10. {  
11.   __uint32_t   events; /* Epoll events */  
12.   epoll_data_t data;   /* User data variable */  
13. };  

常见的事件如下：

EPOLLIN：表示对描述符的可以读

EPOLLOUT：表示对描述符的可以写

EPOLLPRI：表示对描述符的有紧急数据可以读

EPOLLERR：发生错误

EPOLLHUP：挂起

EPOLLET：边缘触发

EPOLLONESHOT：一次性使用，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

2）函数介绍

epoll的三个函数

[cpp] view plain copy

1. int epoll_creae(int size);  

功能：该函数生成一个epoll专用的文件描述符

参数：size为epoll上能关注的最大描述符数

[cpp] view plain copy

1. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);  

功能：用于控制某个epoll文件描述符时间，可以注册、修改、删除

参数：epfd由epoll_create生成的epoll专用描述符

    op操作：EPOLL_CTL_ADD 注册   EPOLL_CTL_MOD修改  EPOLL_DEL删除

            fd：关联的文件描述符

    evnet告诉内核要监听什么事件

[cpp] view plain copy

1. int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event*events,int maxevents,int timeout);  

功能：该函数等待i/o事件的发生。

参数：epfd要检测的句柄

    events：用于回传待处理时间的数组

    maxevents：告诉内核这个events有多大，不能超过之前的size

    timeout：为超时时间

使用方法参考：https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/epoll-example.c

epoll支持的FD上限是最大可以打开文件的数目（select面临这样的问题），IO效率不随FD数目增加而线性下降（select、poll面临的问题）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。现在libevent封装了几种的实现，可以通过使用libevent来实现多路复用。

 本文参考：https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/

   http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-edntwk/index.html?ca=drs-

             http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/