select()和poll() IO多路復用模型

select優(yōu)點：
1.一次可以等待多個文件描述符，減少了平均等待時間
2.客戶越來越多時，減輕了進程調度的壓力（相較于多進程多線程服務器）
select缺點：
1.能監(jiān)聽的文件描述符有上限，這個上限是由fd_set決定的。
2.它返回的只是就緒事件的個數(shù)，要判斷是那個事件滿足，需要遍歷文件描述符。
3.select監(jiān)聽的集合是輸入輸出參數(shù)，每次監(jiān)聽都需要重新初始化。
4.每次調用select，都需要把fd集合從用戶態(tài)拷貝到內核態(tài)，這個開銷在fd很多時會很大
5.內核采用輪詢（遍歷fd集合）的方式來檢測就緒事件，這個開銷在fd很多時也很大
6.select和poll都只能工作在低效的LT（水平觸發(fā)）模式
poll優(yōu)點：
1.poll監(jiān)聽的文件描述符沒有最大數(shù)量的限制
2.poll對于select來說包含了一個pollfd結構，pollfd結構包含了要監(jiān)視的event和發(fā)生的revent，而不像select那樣使用輸入輸出的傳遞方式。所以不需要每次監(jiān)聽都初始化
poll缺點：
1.數(shù)量過大以后其效率也會線性下降。
2.poll和select一樣也是返回就緒事件的個數(shù)，需要遍歷文件描述符來判斷是那個事件已經就緒，當數(shù)量很大時，開銷也就很大。
3.select和poll都只能工作在低效的LT（水平觸發(fā)）模式
4.每次調用poll，都需要把pollfd數(shù)組從用戶態(tài)拷貝到內核態(tài)，這個開銷在fd很多時會很大
5.內核采用輪詢（遍歷pollfd數(shù)組）的方式來檢測就緒事件，這個開銷在fd很多時也很大

拿select模型為例，假設我們的服務器需要支持100萬的并發(fā)連接，則在__FD_SETSIZE 為1024的情況下，則我們至少需要開辟1k個進程才能實現(xiàn)100萬的并發(fā)連接。除了進程間上下文切換的時間消耗外，從內核/用戶空間大量的無腦內存拷貝、數(shù)組輪詢等，是系統(tǒng)難以承受的。因此，基于select模型的服務器程序，要達到10萬級別的并發(fā)訪問，是一個很難完成的任務。

因此，該epoll上場了。

epoll IO多路復用模型實現(xiàn)機制

由于epoll的實現(xiàn)機制與select/poll機制完全不同，上面所說的?select的缺點在epoll上不復存在。

設想一下如下場景：有100萬個客戶端同時與一個服務器進程保持著TCP連接。而每一時刻，通常只有幾百上千個TCP連接是活躍的(事實上大部分場景都是這種情況)。如何實現(xiàn)這樣的高并發(fā)？

在select/poll時代，服務器進程每次都把這100萬個連接告訴操作系統(tǒng)(從用戶態(tài)復制句柄數(shù)據(jù)結構到內核態(tài))，讓操作系統(tǒng)內核去查詢這些套接字上是否有事件發(fā)生，輪詢完后，再將句柄數(shù)據(jù)復制到用戶態(tài)，讓服務器應用程序輪詢處理已發(fā)生的網絡事件，這一過程資源消耗較大，因此，select/poll一般只能處理幾千的并發(fā)連接。

epoll的設計和實現(xiàn)與select完全不同。epoll通過在Linux內核中申請一個簡易的文件系統(tǒng)(文件系統(tǒng)一般用什么數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)？紅黑樹)。把原先的select/poll調用分成了3個部分：

1）調用epoll_create()建立一個epoll對象(在epoll文件系統(tǒng)中為這個句柄對象分配資源)

2）調用epoll_ctl向epoll對象中添加這100萬個連接的套接字

3）調用epoll_wait收集發(fā)生的事件的連接

如此一來，要實現(xiàn)上面說是的場景，只需要在進程啟動時建立一個epoll對象，然后在需要的時候向這個epoll對象中添加或者刪除連接。同時，epoll_wait的效率也非常高，因為調用epoll_wait時，并沒有一股腦的向操作系統(tǒng)復制這100萬個連接的句柄數(shù)據(jù)，內核也不需要去遍歷全部的連接。

下面來看看linux內核具體的epoll機制實現(xiàn)思路。

當某一進程調用epoll_create方法時，Linux內核會創(chuàng)建一個eventpoll結構體，這個結構體中有兩個成員與epoll的使用方式密切相關。eventpoll結構體如下所示：

[cpp]?view plaincopy

struct?eventpoll{??

????....??

????/*紅黑樹的根節(jié)點，這顆樹中存儲著所有添加到epoll中的需要監(jiān)控的事件*/??

????struct?rb_root??rbr;??

????/*雙鏈表中則存放著將要通過epoll_wait返回給用戶的滿足條件的事件*/??

????struct?list_head?rdlist;??

????....??

};??

每一個epoll對象都有一個獨立的eventpoll結構體，用于存放通過epoll_ctl方法向epoll對象中添加進來的事件。這些事件都會掛載在紅黑樹中，如此，重復添加的事件就可以通過紅黑樹而高效的識別出來(紅黑樹的插入時間效率是lgn，其中n為樹的高度)。

而所有添加到epoll中的事件都會與設備(網卡)驅動程序建立回調關系，也就是說，當相應的事件發(fā)生時會調用這個回調方法。這個回調方法在內核中叫ep_poll_callback,它會將發(fā)生的事件添加到rdlist雙鏈表中。

在epoll中，對于每一個事件，都會建立一個epitem結構體，如下所示：

[cpp]?view plaincopy

struct?epitem{??

????struct?rb_node??rbn;//紅黑樹節(jié)點??

????struct?list_head????rdllink;//雙向鏈表節(jié)點??

????struct?epoll_filefd??ffd;??//事件句柄信息??

????struct?eventpoll?*ep;????//指向其所屬的eventpoll對象??

????struct?epoll_event?event;?//期待發(fā)生的事件類型??

}??

當調用epoll_wait檢查是否有事件發(fā)生時，只需要檢查eventpoll對象中的rdlist雙鏈表中是否有epitem元素即可。如果rdlist不為空，則把發(fā)生的事件復制到用戶態(tài)，同時將事件數(shù)量返回給用戶。

epoll數(shù)據(jù)結構示意圖

從上面的講解可知：通過紅黑樹和雙鏈表數(shù)據(jù)結構，并結合回調機制，造就了epoll的高效。

OK，講解完了Epoll的機理，我們便能很容易掌握epoll的用法了。一句話描述就是：三步曲。

第一步：epoll_create()系統(tǒng)調用。此調用返回一個句柄，之后所有的使用都依靠這個句柄來標識。

第二步：epoll_ctl()系統(tǒng)調用。通過此調用向epoll對象中添加、刪除、修改感興趣的事件，返回0標識成功，返回-1表示失敗。

第三部：epoll_wait()系統(tǒng)調用。通過此調用收集收集在epoll監(jiān)控中已經發(fā)生的事件。

epoll優(yōu)點：
1.epoll維護的描述符數(shù)目不受到限制，而且性能不會隨著描述符數(shù)目的增加而下降。(不需要遍歷整個文件描述符)
2.epoll先通過epoll_ctl注冊一個描述符到內核中，并一直維護著而不像poll每次操作都將所有要監(jiān)控的描述符傳遞給內核
3.在描述符讀寫就緒時，通過回掉函數(shù)將自己加入就緒隊列中，之后epoll_wait返回該就緒隊列,所以用戶不需要遍歷整個文件描述符判斷哪些事件就緒。性能提升。
4.支持ET高效模式。

poll和select適用于關心描述符個數(shù)多的應用程序。其中epoll對于每次只有很少描述符就緒很有優(yōu)勢（采用回調機制監(jiān)測描述符就緒）。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的select poll 与epoll模型的总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。