2016.8.25--I/O复用函数(select,poll,epoll)

I/O复用

• IO多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个IO条件准备读取，它就通知该进程。IO多路复用适用如下场合：

  　　（1）当客户处理多个描述字时（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）如果一个服务器即要处理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。
  　　

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3个I/O复用函数

int select(int nfds, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);//返回值 就绪描述符的数目，超时返回0，出错返回-1//第一个参数nfds 指定待测试的描述字的个数,值是待测试的最大描述字+1//中间三个参数(readset，writeset，exceptset)指定让内核测试read，write，except的描述字，可以通过4个宏设置/*    void FD_ZERO(fd_set *fdset);        //清空集合    void FD_SET (int fd,fd_set *fdset);  //将一个给定的文件描述符加入集合中    void FD_CLR (int fd,fd_set *fdset);  //将一个给定的文件描述符从集合中删除    int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset); //检查集合中指定的文件描述符是否可以读写*///最后一个参数tiemout 告知内核等待所指定描述字中的任何一个就绪可以花费的时间。/* timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。  struct timeval  {       long tv_sec;   //秒       long tv_usec;  //微妙  };  这个参数有三种可能：    （1）永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回。为此，把该参数设置为空指针。    （2）等待一段固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但是不超过由该参数所指向的timeval结构中指定的秒数和微秒数。    （3）根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询。为此，该参数必须指向一个timeval结构，而且其中的定时器值必须为0。*/

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poll

int poll(struct pollfd *fds,unsigned int nfds, int timeout);/*    struct pollfd     {        int   fd;       //文件描述符        short events;   //等待的事件        short revents;  //实际发生了的事件         };*///nfds_t类型的参数，用于标记数组fds中的结构体元素的总数量//timeout参数指定等待的毫秒数，无论I/O是否准备好，poll都会返回。 //timeout指定为负数值表示无限超时，使poll()一直挂起直到一个指定事件发生 //timeout为0指示poll调用立即返回并列出准备好I/O的文件描述符，但并不等待其它的事件。这种情况下，poll()就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。//每个结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域/*POLLIN 　　　　　　　有数据可读。POLLRDNORM 　　　　 有普通数据可读。POLLRDBAND　　　　　有优先数据可读。POLLPRI　　　　　　　有紧迫数据可读。POLLOUT　　　　　　  写数据不会导致阻塞。POLLWRNORM　　　　　 写普通数据不会导致阻塞。POLLWRBAND　　　　　 写优先数据不会导致阻塞。POLLMSGSIGPOLL 　　 消息可用。*/

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epoll

//使用一个文件描述符管理多个描述符,将用户关心的事件存放在内核的一个事件表中,只需要copy一次(用户空间<->内核空间)int epoll_create(int size);//创建一个epolll对象//size是最大fd监听+1int epoll_ctl(int epfd ,int op ,int fd ,struct epoll_event *event);//op的取值有：EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_DEL，表示你要从监听集中添加、去除或修改某个文件描述符。int epoll_wait(int epfd ,struct epoll_event *events ,int maxevent);//成功返回就绪的文件描述符的个数，失败-1，并设置errno//等待 I/O 事件的发生//epfd: 由 epoll_create() 生成的 Epoll 专用的文件描述符//epoll_event: 用于回传代处理事件的数组//maxevents: 每次能处理的事件数//timeout: 等待 I/O 事件发生的超时值 返回发生事件数。//epoll数据结构/*struct epoll_event {       __uint32_t events;      // Epoll events       epoll_data_t data;      // User data variable   };   typedef union epoll_data {       void *ptr;       int fd;       __uint32_t u32;       __uint64_t u64;   } epoll_data_t;   *///工作方式 LT:会重复通告,直到被处理//        ET:必须立即处理,不会重复通告

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3个函数特点

//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//poll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//select/*一个进程可监视的fd数量被限制,最大是FD_SIZE，默认是1024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对socket进行扫描时是线性扫描*///poll/*poll优点1）poll() 在应付大数目的文件描述符的时候相比于select速度更快 2）它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。poll缺点1）大量的fd的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）与select一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符*///epoll/*epoll优点1）支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)2）IO效率不随FD数目增加而线性下降3）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。*/

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关于epoll不一定比select高效的场景

并发量低，socket都比较活跃的情况下，两者效率近似

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个人理解

• select对每个感兴趣的事件,每次调用时都需要把FD集合从用户态拷贝到内核态

• poll和select很相似，只是一个是struct pollfd，另一个是fd_set

• epoll是在每次增加fd的时候,在epoll_ctl()就将fd拷贝进内核,减少了很多重复拷贝,保证每个fd只会被拷贝1次

• epoll使用了callback(回调函数)机制,效率远高于轮询,所以提升了性能

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