Linux下select, poll和epoll IO模型的詳解__Linux

轉自：http://blog.csdn.net/tianmohust/article/details/6677985

一）.Epoll 介紹

Epoll 可是當前在 Linux 下開發大規模並髮網絡程式的熱門人選， Epoll 在 Linux2.6 核心中正式引入，和 select 相似，其實都 I/O 多工技術而已 ，並沒有什麼神秘的。其實在 Linux 下設計並髮網絡程式，向來不缺少方法，比如典型的 Apache 模型（ Process Per Connection ，簡稱 PPC ）， TPC （ Thread Per Connection ）模型，以及 select 模型和 poll 模型，那為何還要再引入 Epoll 這個東東呢。那還是有得說說的 …

二）. 常用模型的缺點

如果不擺出來其他模型的缺點，怎麼能對比出 Epoll 的優點呢。

① PPC/TPC 模型

這兩種模型思想類似，就是讓每一個到來的串連一邊自己做事去，別再來煩我 。只是 PPC 是為它開了一個進程，而 TPC 開了一個線程。可是別煩我是有代價的，它要時間和空間啊，串連多了之後，那麼多的進程 / 線程切換，這開銷就上來了；因此這類模型能接受的最大串連數都不會高，一般在幾百個左右。

② select 模型

1. 最大並發數限制，因為一個進程所開啟的 FD （檔案描述符）是有限制的，由 FD_SETSIZE 設定，預設值是 1024/2048 ，因此 Select 模型的最大並發數就被相應限制了。自己改改這個 FD_SETSIZE 。想法雖好，可是先看看下面吧 …

2. 效率問題， select 每次調用都會線性掃描全部的 FD 集合，這樣效率就會呈現線性下降，把 FD_SETSIZE 改大的後果就是，大家都慢慢來，什麼。都逾時了。

3. 核心 / 使用者空間 記憶體拷貝問題，如何讓核心把 FD 訊息通知給使用者空間呢。在這個問題上 select 採取了記憶體拷貝方法。

總結為：1.串連數受限  2.尋找配對速度慢 3.資料由核心拷貝到使用者態

③ poll 模型

基本上效率和 select 是相同的， select 缺點的 2 和 3 它都沒有改掉。

三）. Epoll 的提升

把其他模型逐個批判了一下，再來看看 Epoll 的改進之處吧，其實把 select 的缺點反過來那就是 Epoll 的優點了。

①. Epoll 沒有最大並發串連的限制，上限是最大可以開啟檔案的數目，這個數字一般遠大於 2048, 一般來說這個數目和系統記憶體關係很大 ，具體數目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。

②. 效率提升， Epoll 最大的優點就在於它只管你“活躍”的串連 ，而跟串連總數無關，因此在實際的網路環境中， Epoll 的效率就會遠遠高於 select 和 poll 。

③. 記憶體拷貝， Epoll 在這點上使用了“共用記憶體 ”，這個記憶體拷貝也省略了。

 四）. Epoll 為什麼高效

Epoll 的高效和其資料結構的設計是密不可分的，這個下面就會提到。

首先回憶一下 select 模型，當有 I/O 事件到來時， select 通知應用程式有事件到了快去處理，而應用程式必須輪詢所有的 FD 集合，測試每個 FD 是否有事件發生，並處理事件；代碼像下面這樣：

[cpp]  view plain  copy int res = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, 120);   if (res > 0)   {       for (int i = 0; i < MAX_CONNECTION; i++)       {           if (FD_ISSET(allConnection[i], &readfds))           {               handleEvent(allConnection[i]);           }       }   }   // if(res == 0) handle timeout, res < 0 handle error   Epoll 不僅會告訴應用程式有I/0 事件到來，還會告訴應用程式相關的資訊，這些資訊是應用程式填充的，因此根據這些資訊應用程式就能直接定位到事件，而不必遍曆整個FD 集合。

[cpp]  view plain  copy int res = epoll_wait(epfd, events, 20, 120);   for (int i = 0; i < res;i++)   {       handleEvent(events[n]);   }   五）. Epoll 關鍵資料結構

前面提到 Epoll 速度快和其資料結構密不可分，其關鍵資料結構就是：

[cpp]  view plain  copy 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;   可見 epoll_data 是一個 union 結構體 , 藉助於它應用程式可以儲存很多類型的資訊 :fd 、指標等等。有了它，應用程式就可以直接定位目標了。

六）. 使用 Epoll

既然 Epoll 相比 select 這麼好，那麼用起來如何呢。會不會很繁瑣啊 … 先看看下面的三個函數吧，就知道 Epoll 的易用了。  int  epoll_create( int  size);  

產生一個 Epoll 專用的檔案描述符，其實是申請一個核心空間，用來存放你想關注的 socket fd 上是否發生以及發生了什麼事件。 size 就是你在這個 Epoll fd 上能關注的最大 socket fd 數，大小自定，只要記憶體足夠。

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

控制某個 Epoll 檔案描述符上的事件：註冊、修改、刪除。其中參數 epfd 是 epoll_create() 建立 Epoll 專用的檔案描述符。相對於 select 模型中的 FD_SET 和 FD_CLR 宏。

int