目錄

• 概述
• IO多路復用本質
• IO多路復用的優勢
• IO多路復用Select機制
• IO多路復用Poll機制
• IO多路復用Epoll機制
• select，poll，epoll機制區別總結
• php7進階到架構師相關閱讀

概述

這是關于php進階到架構之后端開發必備學習的第三篇文章：IO多路復用的三種機制：select 、poll 、epoll

• 第一篇：理解TCP/IP與UDP協議、Socket的正確姿勢
• 第二篇：一文搞懂進程，線程，CPU核心數，時間片輪轉機制
• 第三篇：IO多路復用的三種機制：select 、poll 、epoll

IO多路復用本質

檢測多個文件描述符是否有變化 。

讓單個進程可以監視多個文件描述符，

一旦某個描述符就緒(一般是讀就緒或寫就緒)，

能夠通知程序進行相應的讀寫操作

select，poll，epoll都是IO多路復用的機制。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后自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的

IO多路復用的優勢

與多進程和多線程技術相比，

I/O多路復用技術的最大優勢是系統開銷小，

系統不必創建進程/線程，

也不必維護這些進程/線程，

從而大大減小了系統的開銷。

在介紹select、poll、epoll之前，首先介紹一下Linux操作系統中基礎的概念：

用戶空間 / 內核空間

操作系統的核心是內核，

獨立于普通的應用程序，

可以訪問受保護的內存空間，

也有訪問底層硬件設備的所有權限。

為了保證用戶進程(如qq,新浪等進程)不能直接操作內核(kernel)，保證內核的安全，

操作系統將虛擬空間劃分為兩部分，

一部分為內核空間，

一部分為用戶空間。

進程切換

為了控制進程的執行，內核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程，并恢復以前掛起的某個進程的執行。這種行為被稱為進程切換。

任何進程都是在操作系統內核的支持下運行的，是與內核緊密相關的，并且進程切換是非常耗費資源的。

進程阻塞

正在執行的進程，由于期待的某些事件未發生，如請求系統資源失敗、等待某種操作的完成、新數據尚未到達或無新工作做等，則由系統自動執行阻塞原語(Block)，使進程由運行狀態變為阻塞狀態

只有處于運行態的進程(獲得了CPU資源)，才可能將其轉為阻塞狀態。

當進程進入阻塞狀態，是不占用CPU資源的。

文件描述符

文件描述符(File descriptor)，是一個用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一個非負整數。

實際上，它是一個索引值，指向內核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。

當程序打開一個現有文件或者創建一個新文件時，內核向進程返回一個文件描述符。

在程序設計中，一些涉及底層的程序編寫往往會圍繞著文件描述符展開。

但是文件描述符這一概念往往只適用于UNIX、Linux這樣的操作系統。

IO多路復用Select機制

select機制中提供一種fd_set的數據結構，實際上是一個long類型的數組。

每一個數組元素都能與一打開的文件句柄建立聯系，當調用select()時，由內核根據IO狀態修改fd_set的內容，由此來通知執行了select()的進程哪一Socket或文件可讀。

select機制的問題

1.每次調用select，都需要把fd_set集合從用戶態拷貝到內核態，如果fd_set集合很大時，那這個開銷也很大

2.同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd_set，如果fd_set集合很大時，那這個開銷也很大

3.為了減少數據拷貝帶來的性能損壞，內核對被監控的fd_set集合大小做了限制，并且這個是通過宏控制的，大小不可改變(限制為1024)

IO多路復用Poll機制

poll改變了文件描述符集合的描述方式，

使用了pollfd結構而不是select的fd_set結構，

使得poll支持的文件描述符集合限制遠大于select的1024

poll的機制與select類似，與select在本質上沒有多大差別，管理多個描述符也是進行輪詢，根據描述符的狀態進行處理，但是poll沒有最大文件描述符數量的限制。

也就是說，poll只解決了上面select的問題3，并沒有解決問題1，2的性能開銷問題。

IO多路復用Epoll機制

epoll在Linux2.6內核正式提出，是基于事件驅動的I/O方式。

相對于select來說，epoll沒有描述符個數限制，使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關心的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內核空間的copy只需一次。

epoll是Linux內核為處理大批量文件描述符而作了改進的poll，它能顯著提高程序在大量并發連接中只有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。

原因就是獲取事件的時候，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。

select，poll，epoll機制區別總結

epoll是Linux目前大規模網絡并發程序開發的首選模型。在絕大多數情況下性能遠超select和poll。

既然如此，為何select，poll，epoll同時存在呢？那是因為它們也是不同歷史時期的產物。

1984，在BSD實現select

1997，實現了poll

2002, 大神 Davide Libenzi 實現了epoll

php7進階到架構師相關閱讀

https://www.kancloud.cn/gofor/gofor

最后，歡迎大家留言補充，討論~~~

總結

以上是生活随笔為你收集整理的io多路复用的原理和实现_IO多路复用的三种机制：select 、poll 、epoll的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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