多路複用IO模型中的select和epoll

一，前提知識——檔案描述符fd

1、檔案描述符簡介
首先從檔案描述符開始講起。因為，對於核心而言，所有開啟的檔案都是通過檔案描述符引用的。那麼檔案描述符到底是什麼？

檔案描述符（file descriptor）通常是一個小的非負整數，核心用以標識一個特定程序正在訪問的檔案。當開啟一個現有檔案或建立一個新檔案時，核心向程序返回一個檔案描述符。當讀、寫一個檔案時，使用 open 或 create 返回的檔案描述符標識該檔案，將其作為引數傳送給 read 或 write。

我的理解，檔案描述符就是核心用來標識某程序正在訪問檔案的一個標誌。

二，概念介紹

select，poll，epoll都是IO多路複用的機制。I/O多路複用就通過一種機制，可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程式進行相應的讀寫操作。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後自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的，而非同步I/O則無需自己負責進行讀寫，非同步I/O的實現會負責把資料從核心拷貝到使用者空間。

三，select流程

1, 拿到所有需要輪詢的檔案描述符fd，從使用者空間拷貝到核心空間。

2, 註冊回撥函式。

3, 遍歷所有的fd。

4, 呼叫poll,返回是否讀寫就緒的mask掩碼。

5，遍歷結束，進入睡眠（超時重新喚起遍歷或者回調epoll喚起）。

6,繼續遍歷，從3開始。

7，結束，將所有fd重新拷貝回用戶空間。

select的幾大缺點：

（1）每次呼叫select，都需要把fd集合從使用者態拷貝到核心態，這個開銷在fd很多時會很大

（2）同時每次呼叫select都需要在核心遍歷傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大

（3）select支援的檔案描述符數量太小了，預設是1024

四，epoll的改進

首先在select裡需要在每次呼叫select都會拷貝fd。epoll只拷貝一次。

原因是：

select和poll都只提供了一個函式——select或者poll函式。而epoll提供了三個函式，epoll_create, epoll_ctl 和epoll_wait，epoll_create是建立一個epoll控制代碼；epoll_ctl是註冊要監聽的事件型別；epoll_wait則是等待事件的產生，epoll的解決方案在epoll_ctl函式中。每次註冊新的事件到epoll控制代碼中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進核心，而不是在epoll_wait的時候重複拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次

而且epoll的回撥函式不是返回是否讀寫就緒，而是直接將就緒的fd拷貝加入一個就緒連結串列。所以epoll的遍歷喚醒時不用像select一樣再遍歷一遍fd集合，而只需要看一下就緒連結串列是否為空，如果不為空進行讀寫即可。

還有select有fd的支援數量只有1024，而epoll無限制，只被系統記憶體限制，測試中1G記憶體可以支援10W左右。cat /proc/sys/fs/file-max可以檢視。