IO多路复用的理解

最近看了《后台开发核心技术与应用实践》有关select、poll和epoll部分以及相关的一些博客，学习了这三个函数的使用方法和区别，写一个易理解的总结。

IO多路复用

之前程序中使用的IO函数都是同步的，无论阻塞式还是非阻塞式，在数据从内核拷贝到用户空间过程，用户线程都是被阻塞的。非阻塞IO只是当内核还没准备好数据时立即返回不等待，需要用户自己去不断检查内核数据是否准备好，依然不高效。IO多路复用提出了新的思路，将IO过程分为等待内核数据准备好和读取/写入内核两部分。一个IO函数监控多个IO可读/可写事件，任意1个IO设备准备好时返回（需要代码中轮询查看是哪个IO文件描述符，什么事件），再调用对应的read/write函数操作，减少不必要的等待时间，高效了很多。具体的实现有select、poll和epoll三种。

select

基于位图型集合，通过宏和fd_set结构体设置事件和检测事件的发生。最早被提出所以可移植性最好，该实现有以下缺点：1.每次调用都需要将fd集合从用户空间拷贝到内核空间，完成后再从内核空间拷贝回用户空间，fd很多时开销很大。2.实现过程是在内核中遍历所有fd，fd很多时开销很大。3.支持同时可监控的文件描述符数少，1024或2048。4.fd_set在select返回后会改变，所以再次调用select时需要再次设置fd_set

原型：int select(int maxfdp, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *errorfds, struct timeval *timeout);

fd_set set;

FD_ZERO(&set); /* 将set清零*/

FD_SET(fd, &set); 将fd加入set

FD_CLR(fd, &set); 将fd从set中清除

FD_ISSET(fd, &set); 测试fd是否在set中，如果在则为true

maxfdp是描述符最大值加1，指定描述符的范围

timeout是NULL则无限等待，阻塞模式；timeout等于0则立即返回，非阻塞模式；timeout大于0则为超时时间，timeout内阻塞，到达超时时间不管怎样一定返回。

返回值：文件无变化返回0，有变化返回正值

poll

要比select高级一些，实现和select大致相同，内核中遍历所有文件描述符。使用链表式集合，不需要重复设置监控事件，同时监控文件描述符数远大于select。缺点也和select大致相同：1.每次调用都需要将pollfd集合从用户空间拷贝到内核空间，完成后再从内核空间拷贝回用户空间。2.实现过程是在内核中遍历所有pollfd

原型: int poll(struct pollfd* fds, unsigned int nfds, int timeout);

成功时返回revents不为0的文件描述符个数，0表示超时但没有任何事件发生，-1表示失败

struct pollfd{

     int fd; 文件描述符

     short events; 等待的事件，掩码控制多个事件

     short revents; 实际发生的事件，掩码控制多个事件

}

fds链表是要监控文件描述符的pollfd链表

nfds指定描述符个数

timeout：0表示立即返回，非阻塞；正值表示等待的毫秒数；负值表示无限等待，阻塞模式

返回值：revents不为0的pollfd数，-1表示出错

需要头文件#include <poll.h>

events和revents中的事件：

合法事件：

POLLIN 有数据可读

POLLRDNORM 有普通数据可读

POLLRDBAND 有优先数据可读

POLLPRI 有紧迫数据可读

POLLOUT 写数据不会导致阻塞

POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞

POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞

POLLMSGSIGPOLL 消息可用不会导致阻塞

非法事件：

POLLER 文件描述符发生错误

POLLHUP 文件描述符挂起事件

POLLNVAL 文件描述符非法

epoll

通过3个函数来实现，更加高效，当前使用也最多。在epoll_ctl中注册事件到epoll文件描述符中，把fd全部拷贝进内核，而不是在epoll_wait中重复拷贝。实现中内核通过为每个fd指定一个回调函数，当fd就绪时调用回调函数把就绪fd加入一个就绪链表，epoll_wait只需要查看这个就绪链表是否有就绪fd就可。可监控文件描述符数是系统可同时打开文件数（超过10万）

原型：

     int epoll_create(int size);  //返回epoll文件描述符，size表示要监听的数目 （这个返回的fd要记得close）

     int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); //epoll事件注册函数

          epfd是epoll_create返回的值

          op是动作：EPOLL_CTL_ADD/EPOLL_CTL_MOD/EPOLL_CTL_DEL分别表示：注册fd到epfd，修改已注册的fd，从epfd删除1个fd

          fd是要监听的fd

          event是告诉内核要监听什么事件

          struct epoll_event{

               __uint32_t events;  //epoll events

               epoll_data_t data; //user data variable

          }

          event是宏的集合：EPOLLIN可读；EPOLLOUT可写；EPOLLPRI紧急数据可读；EPOLLERR发生错误；EPOLLHUP被挂断；EPOLLET将EPOLL设置为边缘触发模式；EPOLLONESHOT只监听1次事件

     int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);  //等待事件发生，events是返回的事件链表；maxevents是events链表元素个数，timeout是等待毫秒数（0表示立即返回，非阻塞；正值表示等待的毫秒数；负值表示无限等待，阻塞模式 ），函数返回值是需要处理的事件数，通过events返回需要处理的事件。（通过events[i].data.fd和events[i].events匹配判断）

需要#include <sys/epoll.h>

 

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参考：

《后台开发核心技术与应用实践》

http://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html