select、poll、epoll总结

文章目录

• 一、select总结
• 二、poll总结
• 三、epoll总结
• 四、三种方式总结
• 五、一些面试问题

• 1、epoll读到一半又有新事件来了怎么办？
• 2、阻塞套接字和非阻塞套接字的区别？
• 3、ET和LT模式下的阻塞与非阻塞？

一、select总结

select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。它仅仅知道了，有I/O事件发生了，却并不知道是哪那几个流（可能有一个，多个，甚至全部），我们只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作。所以select具有O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。

【优点】：

• select()的可移植性更好，在某些Unix系统上不支持poll()和epoll()；
• select() 对于超时值提供了更好的精度：微秒，而poll是毫秒。

【缺点】：

• 单个进程可监视的fd数量被限制（FD_SIZE为1024）；
• 需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大；
• 对fd进行扫描时是线性扫描。fd剧增后，IO效率较低，因为每次调用都对fd进行线性扫描遍历，所以随着fd的增加会造成遍历速度慢的性能问题；
• select() 函数的超时参数在返回时也是未定义的，考虑到可移植性，每次在超时之后在下一次进入到select之前都需要重新设置超时参数。

二、poll总结

poll与select不同，通过一个pollfd数组向内核传递需要关注的事件，故没有描述符个数的限制，pollfd中的events字段和revents分别用于标示关注的事件和发生的事件，故pollfd数组只需要被初始化一次。
  poll的实现机制与select类似，其对应内核中的sys_poll，只不过poll向内核传递pollfd数组，然后对pollfd中的每个描述符进行poll，相比处理fdset来说，poll效率更高。poll返回后，需要对pollfd中的每个元素检查其revents值，来得指事件是否发生。

【优点】：

• poll() 不要求开发者计算最大文件描述符加一的大小；
• poll() 在应付大数目的文件描述符的时候相比于select速度更快；
• 它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

【缺点】：

• 大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义；
• 与select一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

三、epoll总结

执行epoll_ create时，创建了红黑树和就绪链表，执行epoll_ ctl时，如果增加socket句柄，则检查在红黑树中是否存在，存在立即返回，不存在则添加到树干上，然后向内核注册回调函数，用于当中断事件来临时向准备就绪链表中插入数据。执行epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。

epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）。

【优点】：

• 没有最大并发连接的限制，能打开的FD的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10万个端口）；
• 效率提升，不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。

【缺点】：

• 不能跨平台，在连接数较少的时候效率也不一定会比select和epoll高。

四、三种方式总结

• select，poll，epoll都是IO多路复用的机制。I/O多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。
• select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。 而epoll其实也需要调用 epoll_ wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在 epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的 时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间，这就是回调机制带来的性能提升。
• select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只要一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次（在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内 部定义的等待队列），这也能节省不少的开销。

【适用情况】：

表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。

select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善。

五、一些面试问题

1、epoll读到一半又有新事件来了怎么办？

避免在主进程epoll再次监听到同一个可读事件，可以把对应的描述符设置为EPOLL_ONESHOT，效果是监听到一次事件后就将对应的描述符从监听集合中移除，也就不会再被追踪到。读完之后可以再把对应的描述符重新手动加上。

2、阻塞套接字和非阻塞套接字的区别？

• 阻塞的套接字，会让read阻塞，直到读到所需要的所有字节；
• 非阻塞的套接字，会让read读完fd中的数据后就返回，但如果原本你要求读10个数据，这时只读了8个数据，如果你不再次使用select来判断它是否可读，而是直接read，很可能返回EAGAIN。

3、ET和LT模式下的阻塞与非阻塞？

在LT（水平触发）模式下，也就是默认的模式，epoll_wait返回可读事件,表明socket一定收到了数据，我们可以调用read函数来读取数据。如果指定读取的数据大于缓冲区数据，无论socket是阻塞还是非阻塞的，read不会阻塞，read返回读取的真实数据。在read之后再次调用read，如果socket是阻塞的，read将阻塞，再次收到数据read才返回。此时如果指定读取的数据大于缓冲区，epoll_wait则不再触发，否则epoll_wait将再次触发，因为还有未读完的数据在缓冲区。

在ET（边缘触发）模式下，只有新的数据来到时才会触发，因此在这种情况下，有数据时必须循环读取数据直到read返回-1，并且错误码为EAGAIN，才算读取了全部的缓冲区数据。

• 对于监听的 sockfd，最好使用水平触发模式，边缘触发模式会导致高并发情况下，有的客户端会连接不上。如果非要使用边缘触发，可以用 while 来循环 accept()。
• 对于读写的 connfd，水平触发模式下，阻塞和非阻塞效果都一样，因为在阻塞模式下，如果数据读取不完全则返回继续触发，反之读取完则返回继续等待。建议设置非阻塞。
• 对于读写的 connfd，边缘触发模式下，必须使用非阻塞 IO，并要求一次性地完整读写全部数据（如果不一次性读取一个事件上的数据，会干扰下一个事件）。