linux多路IO複用中的select和epoll，多路io複用epoll

linux多路IO複用中的select和epoll，多路io複用epoll

select，epoll都是IO多工機制。I/O多工就通過一種機制，可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程式進行相應的讀寫操作。但select，poll，epoll本質上都是同步I/O，因為他們都需要在讀寫事件就緒後自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的，而非同步I/O則無需自己負責進行讀寫，非同步I/O的實現會負責把資料從核心拷貝到使用者空間。

select調用的過程：

（1）從使用者空間拷貝fd_set到核心空間

（2）註冊回呼函數__pollwait

（3）遍曆所有fd，調用其對應的poll方法（對於socket，這個poll方法是sock_poll，sock_poll根據情況會調用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll）

（4）以tcp_poll為例，其核心實現就是__pollwait，也就是上面註冊的回呼函數。

（5）__pollwait的主要工作就是把current（當前進程）掛到裝置的等待隊列中，不同的裝置有不同的等待隊列，對於tcp_poll來說，其等待隊列是sk->sk_sleep（注意把進程掛到等待隊列中並不代表進程已經睡眠了）。在裝置收到一條訊息（網路裝置）或填寫完檔案資料（磁碟裝置）後，會喚醒裝置等待隊列上睡眠的進程，這時current便被喚醒了。

（6）poll方法返回時會返回一個描述讀寫操作是否就緒的mask掩碼，根據這個mask掩碼給fd_set賦值。

（7）如果遍曆完所有的fd，還沒有返回一個可讀寫的mask掩碼，則會調用schedule_timeout是調用select的進程（也就是current）進入睡眠。當裝置驅動發生自身資源可讀寫後，會喚醒其等待隊列上睡眠的進程。如果超過一定的逾時時間（schedule_timeout指定），還是沒人喚醒，則調用select的進程會重新被喚醒獲得CPU，進而重新遍曆fd，判斷有沒有就緒的fd。

（8）把fd_set從核心空間拷貝到使用者空間。

select的幾大缺點：

（1）每次調用select，都需要把fd集合從使用者態拷貝到核心態，這個開銷在fd很多時會很大

（2）同時每次調用select都需要在核心遍曆傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大

（3）select支援的檔案描述符數量太小了，預設是1024

（4）select需要對每個fd進行輪詢，即使該fd尚未就緒

　那麼epoll有何區別呢？我們先看一下epoll和select和poll的調用介面上的不同，select和poll都只提供了一個函數——select或者poll函數。而epoll提供了三個函數，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是建立一個epoll控制代碼；epoll_ctl是註冊要監聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產生。

　　對於第一個缺點，epoll的解決方案在epoll_ctl函數中。每次註冊新的事件到epoll控制代碼中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進核心，而不是在epoll_wait的時候重複拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。

　　對於第二個缺點，epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對應的裝置等待隊列中，而只在epoll_ctl時把current掛一遍（這一遍必不可少）並為每個fd指定一個回呼函數，當裝置就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調用這個回呼函數，而這個回呼函數會把就緒的fd加入一個就緒鏈表）。epoll_wait的工作實際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd（利用schedule_timeout()實現睡一會，判斷一會的效果，和select實現中的第7步是類似的）。

　　對於第三個缺點，epoll沒有這個限制，它所支援的FD上限是最大可以開啟檔案的數目，這個數字一般遠大於2048,舉個例子,在1GB記憶體的機器上大約是10萬左右，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數目和系統記憶體關係很大。

總結：

（1）select，poll實現需要自己不斷輪詢所有fd集合，直到裝置就緒，期間可能要睡眠和喚醒多次交替。而epoll其實也需要調用epoll_wait不斷輪詢就緒鏈表，期間也可能多次睡眠和喚醒交替，但是它是裝置就緒時，調用回呼函數，把就緒fd放入就緒鏈表中，並喚醒在epoll_wait中進入睡眠的進程。雖然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒著”的時候要遍曆整個fd集合，而epoll在“醒著”的時候只要判斷一下就緒鏈表是否為空白就行了，這節省了大量的CPU時間。這就是回調機制帶來的效能提升。

（2）select，poll每次調用都要把fd集合從使用者態往核心態拷貝一次，並且要把current往裝置等待隊列中掛一次，而epoll只要一次拷貝，而且把current往等待隊列上掛也只掛一次（在epoll_wait的開始，注意這裡的等待隊列並不是裝置等待隊列，只是一個epoll內部定義的等待隊列）。這也能節省不少的開銷。

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