linux中select、poll、epoll原理 -回复

linux中select、poll、epoll原理-回复Linux中的select、poll和epoll是用于实现I/O多路复用的机制。

在传统的同步I/O模型中，一个线程只能处理一个I/O操作，无法同时处理多个I/O操作。

而利用这些I/O多路复用的机制，可以同时监听多个文件描述符的I/O事件，从而实现一个线程同时处理多个I/O操作的能力。

首先，我们从select机制开始介绍。

select是最早出现的一种I/O多路复用的机制。

它的原理是通过调用系统调用select，将用户感兴趣的文件描述符和事件类型传递给内核，然后让内核来检测文件描述符上是否发生了用户感兴趣的事件。

select的函数原型如下：
c
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set
*exceptfds, struct timeval *timeout);
参数nfds表示文件描述符的数量，readfds、writefds和exceptfds分别用于传递用户感兴趣的读、写和异常事件的文件描述符集合。

timeout 是超时时间，用于设定select函数的等待时间。

select的原理是将用户传递的文件描述符集合拷贝到内核中，然后在内
核中遍历这些文件描述符，检测是否有感兴趣的事件发生。

具体的伪代码如下：
1. 将用户传递的文件描述符集合拷贝到内核中；
2. 在内核中遍历这些文件描述符，检测是否有读、写或异常事件发生；
3. 将发生事件的文件描述符添加到返回的文件描述符集合中。

select机制的优点是简单易用，适用于处理并发连接数不大的情况。

但是它也有一些缺点。

首先，select将用户感兴趣的文件描述符集合传递给内核，内核需要遍历这些文件描述符，如果文件描述符数量很大，会导致内核遍历的时间开销较大。

其次，select对文件描述符集合的管理采用的是线性查找的方式，当文件描述符数量较大时，效率较低。

为了解决select的性能问题，内核开发人员引入了poll机制。

poll与select的原理类似，但是使用了一个pollfd的结构体数组来传递文件描述符和事件。

poll的函数原型如下：
c
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数fds是一个指向pollfd结构体数组的指针，nfds是文件描述符的数
量，timeout是超时时间。

poll的原理与select类似，不同之处在于poll采用了事件驱动的方式。

poll将用户传递的文件描述符集合拷贝到内核中，并为每个文件描述符设置感兴趣的事件类型。

内核将会遍历这些文件描述符，检测是否有对应的事件发生。

与select不同的是，poll采用了一个pollfd结构体数组来管理文件描述符和事件的对应关系，这样可以更快地找到发生事件的文件描述符。

然而，随着网络应用的发展，连接数越来越多，select和poll机制的性能愈发受限。

于是，内核开发人员为了进一步优化I/O多路复用的机制，引入了epoll机制。

epoll是Linux内核提供的一种高效的I/O多路复用机制。

epoll的原理与select和poll有很大的不同之处。

epoll在内核中维护了一个事件表，将用户感兴趣的文件描述符和事件注册到这个事件表中，然后通过epoll_wait函数来等待事件发生并获取事件通知。

epoll的函数原型如下：
c
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用于创建一个epoll实例，并返回一个文件描述符，用于表示这个实例。

epoll_ctl用于向epoll实例中注册或修改文件描述符和事件。

epoll_wait用于等待事件发生并返回事件列表。

epoll的原理可以分为以下几个步骤：
1. 创建一个epoll实例，并获得一个表示这个实例的文件描述符；
2. 调用epoll_ctl将用户感兴趣的文件描述符和事件注册到epoll实例中；
3. 调用epoll_wait等待事件发生；
4. 当有事件发生时，epoll_wait返回事件列表。

epoll的高效性主要体现在两个方面。

首先，epoll采用了事件驱动的方式，只有当文件描述符上真正发生了感兴趣的事件时，才会通知用户，减少了不必要的遍历。

其次，epoll使用了事件表，可以高效地管理大量的文件描述符和事件。

总结起来，Linux中的select、poll和epoll是为了实现I/O多路复用而
设计的机制。

它们各自的原理有所不同，select是最早出现的机制，poll 相较于select在性能上有所提升，而epoll则是最优秀的机制，具有更高的性能和较低的资源消耗。

选择合适的I/O多路复用机制，可以提高程序的并发性能，提高系统的响应速度。