1迈窟、IO多路復(fù)用(multiplexing)相關(guān)概念
在介紹select车酣、poll、epoll之前者春，首先介紹一下Linux操作系統(tǒng)中基礎(chǔ)的概念：
1.1、用戶空間 / 內(nèi)核空間
現(xiàn)在操作系統(tǒng)都是采用虛擬存儲器嫡丙，那么對32位操作系統(tǒng)而言曙博，它的尋址空間（虛擬存儲空間）為4G（2的32次方）父泳。
操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核吴汪，獨立于普通的應(yīng)用程序漾橙，可以訪問受保護的內(nèi)存空間霜运，也有訪問底層硬件設(shè)備的所有權(quán)限淘捡。為了保證用戶進程不能直接操作內(nèi)核（kernel）焦除，保證內(nèi)核的安全踢京，操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分瓣距，一部分為內(nèi)核空間蹈丸，一部分為用戶空間。
1.2思瘟、進程切換
為了控制進程的執(zhí)行滨攻，內(nèi)核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程光绕，并恢復(fù)以前掛起的某個進程的執(zhí)行诞帐。這種行為被稱為進程切換停蕉。因此可以說慧起，任何進程都是在操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持下運行的完慧，是與內(nèi)核緊密相關(guān)的屈尼，并且進程切換是非常耗費資源的脾歧。
1.3鞭执、進程阻塞
正在執(zhí)行的進程兄纺，由于期待的某些事件未發(fā)生估脆，如請求系統(tǒng)資源失敗疙赠、等待某種操作的完成圃阳、新數(shù)據(jù)尚未到達或無新工作做等捍岳，則由系統(tǒng)自動執(zhí)行阻塞原語(Block)祟同，使自己由運行狀態(tài)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)晕城∽┣辏可見滤蝠，進程的阻塞是進程自身的一種主動行為物咳，也因此只有處于運行態(tài)的進程（獲得了CPU資源）览闰，才可能將其轉(zhuǎn)為阻塞狀態(tài)压鉴。當進程進入阻塞狀態(tài)油吭，是不占用CPU資源的婉宰。
我們知道傳統(tǒng)的BIO（Blocking）操作都是按照順序線性執(zhí)行的心包，但是由于讀寫操作等待用戶輸入或輸出都是阻塞的谴咸，所以 I/O 操作在一般情況下往往不能直接返回岭佳，這會導(dǎo)致某一文件的 I/O 阻塞導(dǎo)致整個進程無法對其它客戶提供服務(wù)珊随。而 I/O 多路復(fù)用就是為了解決這個問題而出現(xiàn)的叶洞。
這里“多路”指的是多個網(wǎng)絡(luò)連接衩辟，“復(fù)用”指的是復(fù)用同一個線程昼钻。采用多路 I/O 復(fù)用技術(shù)可以讓單個線程高效的處理多個連接請求（盡量減少網(wǎng)絡(luò) IO 的時間消耗）然评，Reactor的設(shè)計模式就是基于NIO碗淌。
I/O多路復(fù)用實際上就是用select, poll, epoll技術(shù)等監(jiān)聽多個io對象亿眠，當io對象有變化（有數(shù)據(jù)）的時候就通知用戶進程缕探。好處就是單個進程可以處理多個socket爹耗。
1.4潭兽、文件描述符
文件描述符（File descriptor）是計算機科學中的一個術(shù)語，是一個用于表述指向文件的引用的抽象化概念账蓉。
文件描述符在形式上是一個非負整數(shù)铸本。實際上箱玷，它是一個索引值锡足，指向內(nèi)核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表舶得。當程序打開一個現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個新文件時媚赖，內(nèi)核向進程返回一個文件描述符。在程序設(shè)計中捻撑，一些涉及底層的程序編寫往往會圍繞著文件描述符展開顾患。但是文件描述符這一概念往往只適用于UNIX江解、Linux這樣的操作系統(tǒng)犁河。
1.5、緩存I/O
緩存I/O又稱為標準I/O灭翔，大多數(shù)文件系統(tǒng)的默認I/O操作都是緩存I/O肝箱。在Linux的緩存I/O機制中煌张，操作系統(tǒng)會將I/O的數(shù)據(jù)緩存在文件系統(tǒng)的頁緩存中罚舱，即數(shù)據(jù)會先被拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)中管闷，然后才會從操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)拷貝到應(yīng)用程序的地址空間包个。
2碧囊、IO多路復(fù)用(multiplexing)解決什么問題
2.1、一個現(xiàn)實生活中的問題
假設(shè)你是一個機場的空管熄驼， 你需要管理到你機場的所有的航線瓜贾， 包括進港祭芦，出港， 有些航班需要放到停機坪等待咸灿，有些航班需要去登機口接乘客避矢。
你會怎么做?
最簡單的做法亥宿，就是你去招一大批空管員烫扼，然后每人盯一架飛機映企， 從進港，接客双絮，排位囤攀，出港焚挠，航線監(jiān)控，直至交接給下一個空港，全程監(jiān)控叉信。
那么問題就來了：
很快你就發(fā)現(xiàn)空管塔里面聚集起來一大票的空管員，交通稍微繁忙一點佳遂，新的空管員就已經(jīng)擠不進來了丑罪。
空管員之間需要協(xié)調(diào)，屋子里面就1, 2個人的時候還好吩屹，幾十號人以后 跪另，基本上就成菜市場了。
空管員經(jīng)常需要更新一些公用的東西煤搜，比如起飛顯示屏免绿，比如下一個小時后的出港排期，最后你會很驚奇的發(fā)現(xiàn)擦盾，每個人的時間最后都花在了搶這些資源上。
現(xiàn)實上我們的空管同時管幾十架飛機稀松平常的事情迹卢， 他們怎么做的呢距淫？
他們用這個東西
這個東西叫flight progress strip. 每一個塊代表一個航班，不同的槽代表不同的狀態(tài)婶希，然后一個空管員可以管理一組這樣的塊（一組航班）榕暇，而他的工作，就是在航班信息有新的更新的時候喻杈，把對應(yīng)的塊放到不同的槽子里面彤枢。
這個東西現(xiàn)在還沒有淘汰哦，只是變成電子的了而已筒饰。锅铅。
是不是覺得一下子效率高了很多执桌，一個空管塔里可以調(diào)度的航線可以是前一種方法的幾倍到幾十倍。
如果你把每一個航線當成一個Sock(I/O 流), 空管當成你的服務(wù)端Sock管理代碼的話.
第一種方法就是最傳統(tǒng)的多進程并發(fā)模型 (每進來一個新的I/O流會分配一個新的進程管理。)
第二種方法就是I/O多路復(fù)用 (單個線程玫膀，通過記錄跟蹤每個I/O流(sock)的狀態(tài)，來同時管理多個I/O流 宿亡。)
其實“I/O多路復(fù)用”這個坑爹翻譯可能是這個概念在中文里面如此難理解的原因凑耻。所謂的I/O多路復(fù)用在英文中其實叫 I/O multiplexing. 如果你搜索multiplexing啥意思，基本上都會出這個圖：
于是大部分人都直接聯(lián)想到"一根網(wǎng)線攒钳，多個sock復(fù)用" 這個概念帮孔，包括上面的幾個回答， 其實不管你用多進程還是I/O多路復(fù)用不撑， 網(wǎng)線都只有一根好伐文兢。多個Sock復(fù)用一根網(wǎng)線這個功能是在內(nèi)核＋驅(qū)動層實現(xiàn)的。
重要的事情再說一遍： I/O multiplexing 這里面的 multiplexing 指的其實是在單個線程通過記錄跟蹤每一個Sock(I/O流)的狀態(tài)(對應(yīng)空管塔里面的Fight progress strip槽)來同時管理多個I/O流.
發(fā)明它的原因焕檬，是盡量多的提高服務(wù)器的吞吐能力姆坚。
是不是聽起來好拗口，看個圖就懂了.
在同一個線程里面实愚， 通過撥開關(guān)的方式兼呵，來同時傳輸多個I/O流兔辅， (學過EE的人現(xiàn)在可以站出來義正嚴辭說這個叫“時分復(fù)用”了）。
什么萍程，你還沒有搞懂“一個請求到來了幢妄，nginx使用epoll接收請求的過程是怎樣的”， 多看看這個圖就了解了茫负。提醒下蕉鸳，ngnix會有很多鏈接進來， epoll會把他們都監(jiān)視起來忍法，然后像撥開關(guān)一樣潮尝，誰有數(shù)據(jù)就撥向誰，然后調(diào)用相應(yīng)的代碼處理饿序。
了解這個基本的概念以后勉失，其他的就很好解釋了。
1.2 IO多路復(fù)用的歷史
select, poll, epoll 都是I/O多路復(fù)用的具體的實現(xiàn)原探，之所以有這三個鬼存在乱凿，其實是他們出現(xiàn)是有先后順序的。
I/O多路復(fù)用這個概念被提出來以后咽弦， select是第一個實現(xiàn) (1983 左右在BSD里面實現(xiàn)的)徒蟆。
select
select 被實現(xiàn)以后，很快就暴露出了很多問題型型。
select 會修改傳入的參數(shù)數(shù)組段审，這個對于一個需要調(diào)用很多次的函數(shù)，是非常不友好的闹蒜。
select 如果任何一個sock(I/O stream)出現(xiàn)了數(shù)據(jù)寺枉，select 僅僅會返回，但是并不會告訴你是那個sock上有數(shù)據(jù)绷落，于是你只能自己一個一個的找姥闪，10幾個sock可能還好，要是幾萬的sock每次都找一遍嘱函，這個無謂的開銷就頗有海天盛筵的豪氣了甘畅。
select 只能監(jiān)視1024個鏈接， 這個跟草榴沒啥關(guān)系哦往弓，linux 定義在頭文件中的，參見FD_SETSIZE蓄氧。
select 不是線程安全的函似，如果你把一個sock加入到select, 然后突然另外一個線程發(fā)現(xiàn)，尼瑪喉童，這個sock不用撇寞，要收回。對不起，這個select 不支持的蔑担，如果你喪心病狂的竟然關(guān)掉這個sock, select的標準行為是牌废。。呃啤握。鸟缕。不可預(yù)測的， 這個可是寫在文檔中的哦.
“If a file descriptor being monitored by select() is closed in another thread, the result is unspecified”
霸不霸氣
poll
于是14年以后(1997年）一幫人又實現(xiàn)了poll, poll 修復(fù)了select的很多問題排抬，比如
poll 去掉了1024個鏈接的限制懂从，于是要多少鏈接呢， 主人你開心就好蹲蒲。
poll 從設(shè)計上來說番甩，不再修改傳入數(shù)組，不過這個要看你的平臺了届搁，所以行走江湖缘薛，還是小心為妙。
其實拖14年那么久也不是效率問題卡睦， 而是那個時代的硬件實在太弱宴胧，一臺服務(wù)器處理1千多個鏈接簡直就是神一樣的存在了，select很長段時間已經(jīng)滿足需求么翰。
但是poll仍然不是線程安全的牺汤， 這就意味著，不管服務(wù)器有多強悍浩嫌，你也只能在一個線程里面處理一組I/O流檐迟。你當然可以那多進程來配合了，不過然后你就有了多進程的各種問題码耐。
select/poll的幾大缺點
1追迟、每次調(diào)用select/poll，都需要把fd集合用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)骚腥，這個開銷在fd很多時會很大
2敦间、同時每次調(diào)用select/poll都需要在內(nèi)核遍歷傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大
3束铭、針對select支持的文件描述符數(shù)量太小了廓块，默認是1024
4.select返回的是含有整個句柄的數(shù)組，應(yīng)用程序需要遍歷整個數(shù)組才能發(fā)現(xiàn)哪些句柄發(fā)生了事件契沫；
5.select的觸發(fā)方式是水平觸發(fā)带猴。（個人理解：如交易系統(tǒng)每筆交易會觸發(fā)一次，一次就是把所有fd集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)懈万，所有表示select觸發(fā)頻率也很高）
epoll
于是5年以后, 在2002, 大神 Davide Libenzi 實現(xiàn)了epoll.
epoll 可以說是I/O 多路復(fù)用最新的一個實現(xiàn)拴清，epoll 修復(fù)了poll 和select絕大部分問題, 比如：
epoll 現(xiàn)在是線程安全的靶病。
epoll 現(xiàn)在不僅告訴你sock組里面數(shù)據(jù)，還會告訴你具體哪個sock有數(shù)據(jù)口予，你不用自己去找了娄周。
epoll 當年的patch，現(xiàn)在還在沪停，下面鏈接可以看得到：
/dev/epoll Home Page
貼一張霸氣的圖煤辨，看看當年神一樣的性能（測試代碼都是死鏈了， 如果有人可以刨墳找出來牙甫，可以研究下細節(jié)怎么測的).
橫軸Dead connections 就是鏈接數(shù)的意思掷酗，叫這個名字只是它的測試工具叫deadcon. 縱軸是每秒處理請求的數(shù)量，你可以看到窟哺，epoll每秒處理請求的數(shù)量基本不會隨著鏈接變多而下降的泻轰。poll 和/dev/poll 就很慘了。
可是epoll 有個致命的缺點且轨。浮声。只有l(wèi)inux支持。比如BSD上面對應(yīng)的實現(xiàn)是kqueue旋奢。
其實有些國內(nèi)知名廠商把epoll從安卓里面裁掉這種腦殘的事情我會主動告訴你嘛泳挥。什么，你說沒人用安卓做服務(wù)器至朗，尼瑪你是看不起p2p軟件了啦屉符。
而ngnix 的設(shè)計原則里面， 它會使用目標平臺上面最高效的I/O多路復(fù)用模型咯锹引，所以才會有這個設(shè)置矗钟。一般情況下，如果可能的話嫌变，盡量都用epoll/kqueue吧吨艇。
詳細的在這里:
Connection processing methods
PS: 上面所有這些比較分析，都建立在大并發(fā)下面腾啥，如果你的并發(fā)數(shù)太少东涡，用哪個，其實都沒有區(qū)別倘待。 如果像是在歐朋數(shù)據(jù)中心里面的轉(zhuǎn)碼服務(wù)器那種動不動就是幾萬幾十萬的并發(fā)疮跑，不用epoll我可以直接去撞墻了。
3凸舵、解決IO多路復(fù)用(multiplexing)的三種方法-select祸挪，poll，epoll
3.1贞间、Select
我們先分析一下select函數(shù)
int select(int maxfdp1,
fd_set *readset,
fd_set *writeset,
fd_set *exceptset,
const struct timeval *timeout);
【參數(shù)說明】
- int maxfdp1 指定待測試的文件描述字個數(shù)贿条，它的值是待測試的最大描述字加1。
- fd_set *readset , fd_set *writeset , fd_set *exceptset
fd_set可以理解為一個集合增热，這個集合中存放的是文件描述符(file descriptor)整以，即文件句柄。中間的三個參數(shù)指定我們要讓內(nèi)核測試讀峻仇、寫和異常條件的文件描述符集合公黑。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設(shè)為空指針摄咆。 - const struct timeval *timeout timeout告知內(nèi)核等待所指定文件描述符集合中的任何一個就緒可花多少時間凡蚜。其timeval結(jié)構(gòu)用于指定這段時間的秒數(shù)和微秒數(shù)。
【返回值】
- int 若有就緒描述符返回其數(shù)目吭从，若超時則為0朝蜘，若出錯則為-1
【select運行機制】
select()的機制中提供一種fd_set的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實際上是一個long類型的數(shù)組涩金，每一個數(shù)組元素都能與一打開的文件句柄（不管是Socket句柄,還是其他文件或命名管道或設(shè)備句柄）建立聯(lián)系谱醇，建立聯(lián)系的工作由程序員完成，當調(diào)用select()時步做，由內(nèi)核根據(jù)IO狀態(tài)修改fd_set的內(nèi)容副渴，由此來通知執(zhí)行了select()的進程哪一Socket或文件可讀。
從流程上來看全度，使用select函數(shù)進行IO請求和同步阻塞模型沒有太大的區(qū)別煮剧，甚至還多了添加監(jiān)視socket，以及調(diào)用select函數(shù)的額外操作将鸵，效率更差勉盅。但是，使用select以后最大的優(yōu)勢是用戶可以在一個線程內(nèi)同時處理多個socket的IO請求咨堤。用戶可以注冊多個socket菇篡，然后不斷地調(diào)用select讀取被激活的socket，即可達到在同一個線程內(nèi)同時處理多個IO請求的目的一喘。而在同步阻塞模型中驱还，必須通過多線程的方式才能達到這個目的。
【select機制的問題】
- 每次調(diào)用select凸克，都需要把fd_set集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)议蟆，如果fd_set集合很大時，那這個開銷也很大
- 同時每次調(diào)用select都需要在內(nèi)核遍歷傳遞進來的所有fd_set萎战，如果fd_set集合很大時咐容，那這個開銷也很大
- 為了減少數(shù)據(jù)拷貝帶來的性能損壞，內(nèi)核對被監(jiān)控的fd_set集合大小做了限制蚂维，并且這個是通過宏控制的戳粒，大小不可改變(限制為1024)
代碼示例
#include <sys/select.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
fd_set rfds;
struct timeval tv;
int ret;
int fd;
ret = mkfifo("test_fifo", 0666); // 創(chuàng)建有名管道
if(ret != 0){
perror("mkfifo：");
}
fd = open("test_fifo", O_RDWR); // 讀寫方式打開管道
if(fd < 0){
perror("open fifo");
return -1;
}
ret = 0;
while(1){
// 這部分內(nèi)容路狮，要放在while(1)里面
FD_ZERO(&rfds); // 清空
FD_SET(0, &rfds); // 標準輸入描述符 0 加入集合
FD_SET(fd, &rfds); // 有名管道描述符 fd 加入集合
// 超時設(shè)置
tv.tv_sec = 1;
tv.tv_usec = 0;
// 監(jiān)視并等待多個文件（標準輸入，有名管道）描述符的屬性變化（是否可讀）
// 沒有屬性變化蔚约，這個函數(shù)會阻塞奄妨，直到有變化才往下執(zhí)行，這里沒有設(shè)置超時
// FD_SETSIZE 為 <sys/select.h> 的宏定義苹祟，值為 1024
ret = select(FD_SETSIZE, &rfds, NULL, NULL, NULL);
//ret = select(FD_SETSIZE, &rfds, NULL, NULL, &tv);
if(ret == -1){ // 出錯
perror("select()");
}else if(ret > 0){ // 準備就緒的文件描述符
char buf[100] = {0};
if( FD_ISSET(0, &rfds) ){ // 標準輸入
read(0, buf, sizeof(buf));
printf("stdin buf = %s\n", buf);
}else if( FD_ISSET(fd, &rfds) ){ // 有名管道
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("fifo buf = %s\n", buf);
}
}else if(0 == ret){ // 超時
printf("time out\n");
}
}
return 0;
}
POLL
poll的機制與select類似砸抛，與select在本質(zhì)上沒有多大差別，管理多個描述符也是進行輪詢树枫，根據(jù)描述符的狀態(tài)進行處理直焙，但是poll沒有最大文件描述符數(shù)量的限制。也就是說砂轻，poll只解決了上面的問題3奔誓，并沒有解決問題1，2的性能開銷問題舔清。
【函數(shù)原型：】
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
typedef struct pollfd {
int fd; // 需要被檢測或選擇的文件描述符
short events; // 對文件描述符fd上感興趣的事件
short revents; // 文件描述符fd上當前實際發(fā)生的事件
} pollfd_t;
poll改變了文件描述符集合的描述方式丝里，使用了pollfd結(jié)構(gòu)而不是select的fd_set結(jié)構(gòu)，使得poll支持的文件描述符集合限制遠大于select的1024
【參數(shù)說明】
struct pollfd *fds fds是一個struct pollfd類型的數(shù)組体谒，用于存放需要檢測其狀態(tài)的socket描述符杯聚，并且調(diào)用poll函數(shù)之后fds數(shù)組不會被清空；
一個pollfd結(jié)構(gòu)體表示一個被監(jiān)視的文件描述符抒痒，通過傳遞fds指示 poll() 監(jiān)視多個文件描述符幌绍。其中，結(jié)構(gòu)體的events域是監(jiān)視該文件描述符的事件掩碼故响，由用戶來設(shè)置這個域傀广，結(jié)構(gòu)體的revents域是文件描述符的操作結(jié)果事件掩碼，內(nèi)核在調(diào)用返回時設(shè)置這個域nfds_t nfds 記錄數(shù)組fds中描述符的總數(shù)量
【返回值】
int 函數(shù)返回fds集合中就緒的讀彩届、寫伪冰，或出錯的描述符數(shù)量，返回0表示超時樟蠕，返回-1表示出錯贮聂；
代碼示例
#include <poll.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret;
int fd;
struct pollfd fds[2]; // 監(jiān)視文件描述符結(jié)構(gòu)體，2 個元素
ret = mkfifo("test_fifo", 0666); // 創(chuàng)建有名管道
if(ret != 0){
perror("mkfifo：");
}
fd = open("test_fifo", O_RDWR); // 讀寫方式打開管道
if(fd < 0){
perror("open fifo");
return -1;
}
ret = 0;
fds[0].fd = 0; // 標準輸入
fds[1].fd = fd; // 有名管道
fds[0].events = POLLIN; // 普通或優(yōu)先級帶數(shù)據(jù)可讀
fds[1].events = POLLIN; // 普通或優(yōu)先級帶數(shù)據(jù)可讀
while(1){
// 監(jiān)視并等待多個文件（標準輸入寨辩，有名管道）描述符的屬性變化（是否可讀）
// 沒有屬性變化吓懈，這個函數(shù)會阻塞，直到有變化才往下執(zhí)行靡狞，這里沒有設(shè)置超時
ret = poll(fds, 2, -1);
//ret = poll(&fd, 2, 1000);
if(ret == -1){ // 出錯
perror("poll()");
}else if(ret > 0){ // 準備就緒的文件描述符
char buf[100] = {0};
if( ( fds[0].revents & POLLIN ) == POLLIN ){ // 標準輸入
read(0, buf, sizeof(buf));
printf("stdin buf = %s\n", buf);
}else if( ( fds[1].revents & POLLIN ) == POLLIN ){ // 有名管道
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("fifo buf = %s\n", buf);
}
}else if(0 == ret){ // 超時
printf("time out\n");
}
}
return 0;
}
Epoll
epoll在Linux2.6內(nèi)核正式提出耻警，是基于事件驅(qū)動的I/O方式，相對于select來說，epoll沒有描述符個數(shù)限制甘穿，使用一個文件描述符管理多個描述符腮恩，將用戶關(guān)心的文件描述符的事件存放到內(nèi)核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內(nèi)核空間的copy只需一次扒磁。
Linux中提供的epoll相關(guān)函數(shù)如下：
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
epoll_create 函數(shù)創(chuàng)建一個epoll句柄庆揪，參數(shù)size表明內(nèi)核要監(jiān)聽的描述符數(shù)量。調(diào)用成功時返回一個epoll句柄描述符妨托，失敗時返回-1。
epoll_ctl 函數(shù)注冊要監(jiān)聽的事件類型吝羞。四個參數(shù)解釋如下：
- epfd 表示epoll句柄
- op 表示fd操作類型兰伤，有如下3種
EPOLL_CTL_ADD 注冊新的fd到epfd中
EPOLL_CTL_MOD 修改已注冊的fd的監(jiān)聽事件
EPOLL_CTL_DEL 從epfd中刪除一個fd - fd 是要監(jiān)聽的描述符
- event 表示要監(jiān)聽的事件
epoll_event 結(jié)構(gòu)體定義如下：
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;
- epoll_wait 函數(shù)等待事件的就緒，成功時返回就緒的事件數(shù)目钧排，調(diào)用失敗時返回 -1敦腔，等待超時返回 0。
- epfd 是epoll句柄
- events 表示從內(nèi)核得到的就緒事件集合
- maxevents 告訴內(nèi)核events的大小
- timeout 表示等待的超時事件
epoll是Linux內(nèi)核為處理大批量文件描述符而作了改進的poll恨溜，是Linux下多路復(fù)用IO接口select/poll的增強版本符衔，它能顯著提高程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率。原因就是獲取事件的時候糟袁，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集判族，只要遍歷那些被內(nèi)核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。
epoll除了提供select/poll那種IO事件的水平觸發(fā)（Level Triggered）外项戴，還提供了邊緣觸發(fā)（Edge Triggered）形帮，這就使得用戶空間程序有可能緩存IO狀態(tài)，減少epoll_wait/epoll_pwait的調(diào)用周叮，提高應(yīng)用程序效率辩撑。
- 水平觸發(fā)（LT）：默認工作模式，即當epoll_wait檢測到某描述符事件就緒并通知應(yīng)用程序時仿耽，應(yīng)用程序可以不立即處理該事件合冀；下次調(diào)用epoll_wait時，會再次通知此事件
- 邊緣觸發(fā)（ET）： 當epoll_wait檢測到某描述符事件就緒并通知應(yīng)用程序時项贺，應(yīng)用程序必須立即處理該事件君躺。如果不處理，下次調(diào)用epoll_wait時敬扛，不會再次通知此事件晰洒。（直到你做了某些操作導(dǎo)致該描述符變成未就緒狀態(tài)了，也就是說邊緣觸發(fā)只在狀態(tài)由未就緒變?yōu)榫途w時只通知一次）啥箭。
LT和ET原本應(yīng)該是用于脈沖信號的谍珊，可能用它來解釋更加形象。Level和Edge指的就是觸發(fā)點急侥，Level為只要處于水平砌滞，那么就一直觸發(fā)侮邀，而Edge則為上升沿和下降沿的時候觸發(fā)。比如：0->1 就是Edge贝润，1->1 就是Level绊茧。
ET模式很大程度上減少了epoll事件的觸發(fā)次數(shù)，因此效率比LT模式下高打掘。
代碼示例
#include <sys/epoll.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret;
int fd;
ret = mkfifo("test_fifo", 0666); // 創(chuàng)建有名管道
if(ret != 0){
perror("mkfifo：");
}
fd = open("test_fifo", O_RDWR); // 讀寫方式打開管道
if(fd < 0){
perror("open fifo");
return -1;
}
ret = 0;
struct epoll_event event; // 告訴內(nèi)核要監(jiān)聽什么事件
struct epoll_event wait_event;
int epfd = epoll_create(10); // 創(chuàng)建一個 epoll 的句柄华畏，參數(shù)要大于 0， 沒有太大意義
if( -1 == epfd ){
perror ("epoll_create");
return -1;
}
event.data.fd = 0; // 標準輸入
event.events = EPOLLIN; // 表示對應(yīng)的文件描述符可以讀
// 事件注冊函數(shù)尊蚁，將標準輸入描述符 0 加入監(jiān)聽事件
ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
if(-1 == ret){
perror("epoll_ctl");
return -1;
}
event.data.fd = fd; // 有名管道
event.events = EPOLLIN; // 表示對應(yīng)的文件描述符可以讀
// 事件注冊函數(shù)亡笑，將有名管道描述符 fd 加入監(jiān)聽事件
ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
if(-1 == ret){
perror("epoll_ctl");
return -1;
}
ret = 0;
while(1){
// 監(jiān)視并等待多個文件（標準輸入，有名管道）描述符的屬性變化（是否可讀）
// 沒有屬性變化横朋，這個函數(shù)會阻塞仑乌，直到有變化才往下執(zhí)行，這里沒有設(shè)置超時
ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, 2, -1);
//ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, 2, 1000);
if(ret == -1){ // 出錯
close(epfd);
perror("epoll");
}else if(ret > 0){ // 準備就緒的文件描述符
char buf[100] = {0};
if( ( 0 == wait_event.data.fd )
&& ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ) ){ // 標準輸入
read(0, buf, sizeof(buf));
printf("stdin buf = %s\n", buf);
}else if( ( fd == wait_event.data.fd )
&& ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ) ){ // 有名管道
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("fifo buf = %s\n", buf);
}
}else if(0 == ret){ // 超時
printf("time out\n");
}
}
close(epfd);
return 0;
}
總結(jié)
一張圖總結(jié)一下select,poll,epoll的區(qū)別：
| 比較項 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 操作方式 | 遍歷 | 遍歷 | 回調(diào) |
| 底層實現(xiàn) | 數(shù)組 | 鏈表 | 哈希表 |
| IO效率 | 每次調(diào)用都進行線性遍歷琴锭，時間復(fù)雜度為O(n) | 每次調(diào)用都進行線性遍歷晰甚，時間復(fù)雜度為O(n) 事件通知方式， | 每當fd就緒决帖，系統(tǒng)注冊的回調(diào)函數(shù)就會被調(diào)用厕九，將就緒fd放到readyList里面，時間復(fù)雜度O(1) |
| 最大連接數(shù) | 1024（x86）或2048（x64） | 無上限 | 無上限 |
| fd拷貝 | 每次調(diào)用select古瓤，都需要把fd集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài) | 每次調(diào)用poll止剖，都需要把fd集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài) | 調(diào)用epoll_ctl時拷貝進內(nèi)核并保存，之后每次epoll_wait不拷貝 |
epoll是Linux目前大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)并發(fā)程序開發(fā)的首選模型落君。在絕大多數(shù)情況下性能遠超select和poll穿香。目前流行的高性能web服務(wù)器Nginx正式依賴于epoll提供的高效網(wǎng)絡(luò)套接字輪詢服務(wù)。但是绎速，在并發(fā)連接不高的情況下皮获，多線程+阻塞I/O方式可能性能更好。
附錄
一句話
reactor：反應(yīng)器纹冤，有數(shù)據(jù)來了你反應(yīng)給我洒宝，我去讀
proactor：代理人，有數(shù)據(jù)來了你代理我讀好萌京，然后再通知我
1雁歌、標準定義兩種I/O多路復(fù)用模式：Reactor和Proactor
一般地,I/O多路復(fù)用機制都依賴于一個事件多路分離器(Event Demultiplexer)。分離器對象可將來自事件源的I/O事件分離出來知残，并分發(fā)到對應(yīng)的read/write事件處理器(Event Handler)靠瞎。開發(fā)人員預(yù)先注冊需要處理的事件及其事件處理器（或回調(diào)函數(shù)）；事件分離器負責將請求事件傳遞給事件處理器。
兩個與事件分離器有關(guān)的模式是Reactor和Proactor乏盐。
Reactor模式采用同步IO佳窑，而Proactor采用異步IO。
在Reactor中父能，事件分離器負責等待文件描述符或socket為讀寫操作準備就緒神凑，然后將就緒事件傳遞給對應(yīng)的處理器，最后由處理器負責完成實際的讀寫工作何吝。
而在Proactor模式中溉委，處理器--或者兼任處理器的事件分離器，只負責發(fā)起異步讀寫操作岔霸。IO操作本身由操作系統(tǒng)來完成薛躬。傳遞給操作系統(tǒng)的參數(shù)需要包括用戶定義的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址和數(shù)據(jù)大小，操作系統(tǒng)才能從中得到寫出操作所需數(shù)據(jù)呆细，或?qū)懭霃膕ocket讀到的數(shù)據(jù)。事件分離器捕獲IO操作完成事件八匠，然后將事件傳遞給對應(yīng)處理器絮爷。比如，在windows上梨树，處理器發(fā)起一個異步IO操作坑夯，再由事件分離器等待IOCompletion事件。典型的異步模式實現(xiàn)抡四，都建立在操作系統(tǒng)支持異步API的基礎(chǔ)之上柜蜈，我們將這種實現(xiàn)稱為“系統(tǒng)級”異步或“真”異步，因為應(yīng)用程序完全依賴操作系統(tǒng)執(zhí)行真正的IO工作指巡。
舉個例子淑履，將有助于理解Reactor與Proactor二者的差異，以讀操作為例（類操作類似）藻雪。
在Reactor中實現(xiàn)讀：
- 注冊讀就緒事件和相應(yīng)的事件處理器
- 事件分離器等待事件
- 事件到來秘噪，激活分離器，分離器調(diào)用事件對應(yīng)的處理器勉耀。
- 事件處理器完成實際的讀操作指煎，處理讀到的數(shù)據(jù)，注冊新的事件便斥，然后返還控制權(quán)至壤。
在Proactor中實現(xiàn)讀：
- 處理器發(fā)起異步讀操作（注意：操作系統(tǒng)必須支持異步IO）。在這種情況下枢纠，處理器無視IO就緒事件像街，它關(guān)注的是完成事件。
- 事件分離器等待操作完成事件
- 在分離器等待過程中，操作系統(tǒng)利用并行的內(nèi)核線程執(zhí)行實際的讀操作宅广，并將結(jié)果數(shù)據(jù)存入用戶自定義緩沖區(qū)葫掉，最后通知事件分離器讀操作完成。
- 事件分離器呼喚處理器跟狱。
- 事件處理器處理用戶自定義緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)俭厚，然后啟動一個新的異步操作，并將控制權(quán)返回事件分離器驶臊。
可以看出
- 兩個模式的相同點挪挤，都是對某個IO事件的事件通知(即告訴某個模塊，這個IO操作可以進行或已經(jīng)完成)关翎。在結(jié)構(gòu)上扛门，兩者也有相同點：demultiplexor負責提交IO操作(異步)、查詢設(shè)備是否可操作(同步)纵寝，然后當條件滿足時论寨，就回調(diào)handler；
- 不同點在于爽茴，異步情況下(Proactor)葬凳，當回調(diào)handler時，表示IO操作已經(jīng)完成室奏；同步情況下(Reactor)火焰，回調(diào)handler時，表示IO設(shè)備可以進行某個操作(can read or can write)胧沫。
通俗理解使用Proactor框架和Reactor框架都可以極大的簡化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開發(fā)昌简，但它們的重點卻不同。
- Reactor框架中用戶定義的操作是在實際操作之前調(diào)用的绒怨。比如你定義了操作是要向一個SOCKET寫數(shù)據(jù)纯赎，那么當該SOCKET可以接收數(shù)據(jù)的時候，你的操作就會被調(diào)用窖逗；
- 而Proactor框架中用戶定義的操作是在實際操作之后調(diào)用的址否。比如你定義了一個操作要顯示從SOCKET中讀入的數(shù)據(jù)，那么當讀操作完成以后碎紊，你的操作才會被調(diào)用佑附。Proactor和Reactor都是并發(fā)編程中的設(shè)計模式。
在我看來仗考，他們都是用于派發(fā)/分離IO操作事件的音同。這里所謂的IO事件也就是諸如read/write的IO操作。"派發(fā)/分離"就是將單獨的IO事件通知到上層模塊秃嗜。兩個模式不同的地方在于权均，Proactor用于異步IO顿膨，而Reactor用于同步IO。部分參考自>http://www.cnblogs.com/dawen/archive/2011/05/18/2050358.html
