轮询、select、 epoll

　　网卡设备对应一个中断号, 当网卡收到网络端的消息的时候会向CPU发起中断请求, 然后CPU处理该请求. 通过驱动程序 进而操作系统得到通知,

系统然后通知epoll, epoll通知用户代码. 

一。 阻塞 VS 非阻塞

　　首先我们来定义流的概念，一个流可以是file，socket，pipe等可以进行I/O操作的内核对象。

　　我们需要从流中读数据，但是流中还没有数据，典型的例子为，客户端要从socket读如数据，但是服务器还没有把数据传回来，这时候该怎么办？

• 阻塞:  比如你在等快递，但是你不知道快递什么时候过来，而且接下来的事要等快递来了才能做，那你只能一直等到快递来。

• 非阻塞忙轮询。如果用忙轮询的方法，那么你需要知道快递员的手机号，然后每分钟给他电话：你到了没？

很明显一般人不会用第二种做法，浪费话费不说，还占用了快递员大量的时间。

二。了解阻塞是如何进行的

当你操作一个流时，更多的是以缓冲区为单位进行操作，这是相对于用户空间而言。对于内核来说，也需要缓冲区。

假设有一个管道，进程W为管道的写入方，R为管道的读出方。

　　1.假设一开始内核缓冲区是空的，R作为读出方，被阻塞着。然后首先W往管道写入，这时候内核缓冲区由空的状态变到非空状态，内核就会产生一个

事件告诉R该醒来了，这个事件姑且称之为“缓冲区非空”。

　　2.但是“缓冲区非空”事件通知R后，R却还没有读出数据；且内核许诺了不能把写入管道中的数据丢掉这个时候，W写入的数据会滞留在内核缓冲区中，

如果内核也缓冲区满了，R仍未开始读数据，最终内核缓冲区会被填满，这个时候会产生一个I/O事件，告诉进程W，你该等等（阻塞）了，我们把这个事件

定义为“缓冲区满”。

　　3.假设后来R终于开始读数据了，于是内核的缓冲区空了出来，这时候内核会告诉W，内核缓冲区有空位了，你可以从长眠中醒来了，继续写数据了，

我们把这个事件叫做“缓冲区非满”

　　4.也许事件Y1已经通知了W，但是W也没有数据写入了，而R继续读出数据，知道内核缓冲区空了。这个时候内核就告诉R，你需要阻塞了！，我们

把这个时间定为“缓冲区空”。

　　这四个情形涵盖了四个I/O事件，缓冲区满，缓冲区空，缓冲区非空，缓冲区非满（注都是说的内核缓冲区，且这四个术语都是我生造的，仅为解释

其原理而造）。这四个I/O事件是进行阻塞同步的根本。

三。轮询

阻塞I/O模式下，一个线程只能处理一个流的I/O事件。如果想要同时处理多个流，

1.多进程(fork)

2.多线程(pthread_create)

3.非阻塞忙轮询、无差别轮询、

while true {
　　for i in stream[]: {
　　　　if i has data
　　　　　　read until unavailable
　　}
}
我们只要不停的把所有流从头到尾问一遍，又从头开始。这样就可以处理多个流了，但这样的做法显然不好，因为如果所有的流都没有数据，那么只会白白浪

费CPU。这里要补充一点，阻塞模式下，内核对于I/O事件的处理是阻塞或者唤醒，而非阻塞模式下则把I/O事件交给其他对象（select以及epoll）处理。

四。 select 

　　为了避免CPU空转，可以引进了一个代理。这个代理可以同时观察许多流的I/O事件，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有I/O事

件时，就从阻塞态中醒来，于是我们的程序就会轮询一遍所有的流（于是我们可以把“忙”字去掉了）。代码长这样:

while true {
　　select(streams[])
　　for i in streams[] {
　　　　if i has data
　　　　　　read until unavailable
　　}
}
　　于是，如果没有I/O事件产生，我们的程序就会阻塞在select处。但是依然有个问题，我们从select仅仅知道有I/O事件发生，但却并不知道

是哪几个流（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。

但是使用select，我们有O(n)的无差别轮询复杂度。

五。epoll

可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll之会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。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(k)，k为产生I/O事件的流的个数。一个epoll模式的代码大概的样子是：

epollfd = epoll_create()
while true {
　　active_stream[] = epoll_wait(epollfd)
　　for i in active_stream[] {
　　　　read or write till unavailable
　　}
}

六。参考

1.文章出处：http://www.zhihu.com/question/20122137

2.epoll API

int epoll_create(int size)

该函数生成一个epoll专用的文件描述符

参数：

　　size就是你在这个epollfd上能关注的最大socketfd数

返回文件描述符

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)

该函数用于控制某个epoll文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件

参数：

　　epfd：由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符

　　op：要进行的操作例如注册事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 、EPOLL_CTL_MOD 、EPOLL_CTL_DEL

　　fd：关联的文件描述符

　　event：指向epoll_event的指针

调用成功返回0,不成功返回-1

int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout)

该函数用于轮询I/O事件的发生

参数：

　　epfd:　由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符

　　epoll_event:用于回传代处理事件的数组

　　maxevents:每次能处理的事件数

　　timeout:等待I/O事件发生的超时值；-1相当于阻塞，0相当于非阻塞

返回发生事件数。