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epoll和select区别

布几岛
 布几岛
发布于 2014/06/20 13:30
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先说下本文框架,先是问题引出,然后概括两个机制的区别和联系,最后介绍每个接口的用法

一、问题引出 联系区别

问题的引出,当需要读两个以上的I/O的时候,如果使用阻塞式的I/O,那么可能长时间的阻塞在一个描述符上面,另外的描述符虽然有数据但是不能读出来,这样实时性不能满足要求,大概的解决方案有以下几种:

1.使用多进程或者多线程,但是这种方法会造成程序的复杂,而且对与进程与线程的创建维护也需要很多的开销。(Apache服务器是用的子进程的方式,优点可以隔离用户)

2.用一个进程,但是使用非阻塞的I/O读取数据,当一个I/O不可读的时候立刻返回,检查下一个是否可读,这种形式的循环为轮询(polling),这种方法比较浪费CPU时间,因为大多数时间是不可读,但是仍花费时间不断反复执行read系统调用。

3.异步I/O(asynchronous I/O),当一个描述符准备好的时候用一个信号告诉进程,但是由于信号个数有限,多个描述符时不适用。

4.一种较好的方式为I/O多路转接(I/O multiplexing)(貌似也翻译多路复用),先构造一张有关描述符的列表(epoll中为队列),然后调用一个函数,直到这些描述符中的一个准备 好时才返回,返回时告诉进程哪些I/O就绪。select和epoll这两个机制都是多路I/O机制的解决方案,select为POSIX标准中的,而 epoll为Linux所特有的。

区别(epoll相对select优点)主要有三:

1.select的句柄数目受限,在linux/posix_types.h头文件有这样的声明:#define __FD_SETSIZE    1024  表示select最多同时监听1024个fd。而epoll没有,它的限制是最大的打开文件句柄数目。

2.epoll的最大好处是不会随着FD的数目增长而降低效率,在selec中采用轮询处理,其中的数据结构类似一个数组的数据结构,而epoll 是维护一个队列,直接看队列是不是空就可以了。epoll只会对"活跃"的socket进行操作---这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面 的callback函数实现的。那么,只有"活跃"的socket才会主动的去调用 callback函数(把这个句柄加入队列),其他idle状态句柄则不会,在这点上,epoll实现了一个"伪"AIO。但是如果绝大部分的I/O都是 “活跃的”,每个I/O端口使用率很高的话,epoll效率不一定比select高(可能是要维护队列复杂)。

3.使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。无论是select,poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间,如何避免不必要的内存拷贝就很重要,在这点上,epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的。

二、接口

1)select

1. int select(int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds, struct timeval *restrict tvptr);

struct timeval{

  long tv_sec;

  long tv_usec;

}

有三种情况:tvptr == NULL 永远等待;tvptr->tv_sec == 0 && tvptr->tv_usec == 0 完全不等待;不等于0的时候为等待的时间。select的三个指针都可以为空,这时候select提供了一种比sleep更精确的定时器。注意 select的第一个参数maxfdp1并不是描述符的个数,而是最大的描述符加1,一是起限制作用,防止出错,二来可以给内核轮询的时候提供一个上届, 提高效率。select返回-1表示出错,0表示超时,返回正值是所有的已经准备好的描述符个数(同一个描述符如果读和写都准备好,对结果影响是+2)。

2.int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);  fd在描述符集合中非0,否则返回0

3.int FD_CLR(int fd, fd_set *fd_set); int FD_SET(int fd, fd_set *fdset) ;int FD_ZERO(fd_set *fdset);

用一段linux 中man里的话“FD_ZERO()  clears  a set.FD_SET() and  FD_CLR() respectively add and remove a given file descriptor from a set.  FD_ISSET() tests to see if a file descriptor is part of the set; this is useful after select() returns.”这几个函数与描述符的0和1没关系,只是添加删除检测描述符是否在set中。

2)epoll

1.int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的 值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所 以在使用完epoll后,必须调用close()关闭,否则可能导致fd被耗尽。

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数,它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:
EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;
EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;
EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;
第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:
struct epoll_event {
  __uint32_t events;  /* Epoll events */
  epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

关于epoll工作模式ET,LT

LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你 的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.
ET (edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述 符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了,但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就 绪),内核不会发送更多的通知(only once)

3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)
等待事件的产生,类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1永久阻塞)。该 函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。

三、参考:

APUE(I/O多路转接)

linux man epoll select

http://blog.chinaunix.net/uid-22663647-id-1771846.html 

http://www.cnblogs.com/OnlyXP/archive/2007/08/10/851222.html


本文转载自:http://blog.csdn.net/ysu108/article/details/7570571

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