IO多路复用

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引言：select、poll、epoll模型

IO多路复用

这篇文章再复习一下select、poll、epoll，三种最经典的IO多路复用模型，是NIO实现的基础。

他们模型共同点都是轮训文件描述符，区别在于具体的一些实现的细节。下面给出具体的区别：

select

select模型的实现主要如下：

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int select(
    int maxfdp1,
    fd_set *readset,
    fd_set *writeset,
    fd_set *exceptset,
    const struct timeval *timeout)

主要是两个结构：

  • maxfdp1：待轮训的文件描述符的个数。
  • fd_set：分别表示读事件、写事件、异常事件；一个bitmap，长度只有1024位。

缺点：

  • fd数量有限制，最多只有1024个
  • 每次轮训，都需要copy 3个fd到内核，存在频繁的用户态和内核态的copy
  • fd_set不能重用
  • 每次遍历都得遍历所有的fd

poll

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struct pollfd {
　　int    fd; // 要轮询的文件描述符fd
　　short  events; // 关心的fd事件：普通数据可读、优先级带数据可读等等
　　short  revents;// fd上发生的事件
};

poll主要改进了两点：

  • 引入了pollfd结构体，不再局限于1024个
  • pollfd可以重用

缺点：

  • 依然需要频繁的用户态和内核态的copy
  • 需要遍历所有的pollfd

epoll

epoll模型由三个函数构成：

  • epoll_create：创建epollfd对象
    • epollfd对象主要由两个结构组成
      • 红黑树：存储关心的fd
      • 双向链表：存储发生相关事件的fd（关心事件触发，就会自动填入这个双向链表）
  • epoll_ctl：将epollfdcopy到内核，并注册关心的事件
    • 将copy过程提前到此阶段，而且在整个轮训过程中，只需要copy这一次！
    • 关心事件的触发方式有两种
      • 水平触发LT（默认）：事件可处理可不处理
      • 边缘触发 ET：事件必须处理
  • epoll_wait：调用系统调用，陷入内核等待

因此，前面select、poll的缺点就全被搞定了：

  • 1024上限？不再有了，我们有epollfd对象
  • 每次轮训所有？不轮训所有，只轮训事件触发的对象
  • 每次都需要用户态与内核态的copy？只需要在epoll_ctl时copy一次即可

问题一：水平触发和边缘触发的区别是什么？

水平触发情况下，如果事件没有处理，那么下次epoll_wait依然会返回这个事件的fd；

边缘触发情况下，如果没有立即处理，那么下一次的返回不一定会有该事件，只能等到该事件再次触发。

因此：

  • 水平触发适用于处理长时间处于可读或科协的socket
  • 边缘触发更适合于要求效率更高的前提下

问题二：select、poll 与 epoll的区别是什么？

  • select、poll：都是主动轮训
  • epoll：被动轮训，所谓被动轮训指的是当数据准备好之后，就会把就绪的fd加入双向链表中（存在一个回调函数，触发就会加入到双向队列）