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a6d6f8b29e
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33cfec3a64
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@ -42,6 +42,10 @@
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整理自《图解 HTTP》
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> [Socket](https://github.com/CyC2018/InnterviewNotes/blob/master/notes/Socket.md)
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整理自《Unix 网络编程》
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## 面向对象 :couple:
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@ -87,7 +91,7 @@ Leetcode 上数据库题目的解题记录。
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> [Java 并发](https://github.com/CyC2018/InnterviewNotes/blob/master/notes/Java%20并发.md)
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只整理了一些比较基础的概念,之后会继续添加更多内容。
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整理了一些并发的基本概念。
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> [Java 容器](https://github.com/CyC2018/InnterviewNotes/blob/master/notes/Java%20容器.md)
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301
notes/Linux.md
301
notes/Linux.md
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@ -64,13 +64,6 @@
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* [waitpid()](#waitpid)
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* [孤儿进程](#孤儿进程)
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* [僵死进程](#僵死进程)
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* [十一、I/O 复用](#十一io-复用)
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* [概念理解](#概念理解)
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* [I/O 模型](#io-模型)
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* [select poll epoll](#select-poll-epoll)
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* [select 和 poll 比较](#select-和-poll-比较)
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* [eopll 工作模式](#eopll-工作模式)
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* [select poll epoll 应用场景](#select-poll-epoll-应用场景)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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@ -1208,7 +1201,7 @@ pid_t wait(int *status)
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如果成功,返回被收集的子进程的进程 ID;如果调用进程没有子进程,调用就会失败,此时返回 - 1,同时 errno 被置为 ECHILD。
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参数 status 用来保存被收集进程退出时的一些状态,如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意,只想把这个僵尸进程消灭掉,我们就可以设定这个参数为 NULL:
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参数 status 用来保存被收集进程退出时的一些状态,如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意,只想把这个僵尸进程消灭掉,以设定这个参数为 NULL:
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```c
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pid = wait(NULL);
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@ -1217,12 +1210,12 @@ pid = wait(NULL);
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## waitpid()
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```c
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pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)
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pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)
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```
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作用和 wait() 完全相同,但是多了两个可由用户控制的参数 pid 和 options。
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pid 参数指示一个子进程的 ID,表示只关心这个子进程的退出 SIGCHLD 信号。如果 pid=-1 时,那么贺 wait() 作用相同,都是关心所有子进程退出的 SIGCHLD 信号。
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pid 参数指示一个子进程的 ID,表示只关心这个子进程的退出 SIGCHLD 信号。如果 pid=-1 时,那么和 wait() 作用相同,都是关心所有子进程退出的 SIGCHLD 信号。
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options 参数主要有 WNOHANG 和 WUNTRACED 两个选项,WNOHANG 可以使 waitpid() 调用变成非阻塞的,也就是说它会立即返回,父进程可以继续执行其它任务。
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@ -1242,298 +1235,10 @@ options 参数主要有 WNOHANG 和 WUNTRACED 两个选项,WNOHANG 可以使 w
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要消灭系统中大量的僵死进程,只需要将其父进程杀死,此时所有的僵死进程就会变成孤儿进程,从而被 init 所收养,这样 init 就会释放所有的僵死进程所占有的资源,从而结束僵死进程。
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# 十一、I/O 复用
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## 概念理解
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I/O Multiplexing 又被称为 Event Driven I/O,它可以让单个进程具有处理多个 I/O 事件的能力。
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当某个 I/O 事件条件满足时,进程会收到通知。
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如果一个 Web 服务器没有 I/O 复用,那么每一个 Socket 连接都需要创建一个线程去处理。如果同时连接几万个连接,那么就需要创建相同数量的线程。并且相比于多进程和多线程技术,I/O 复用不需要进程线程创建和切换的开销,系统开销更小。
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## I/O 模型
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- 阻塞(Blocking)
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- 非阻塞(Non-blocking)
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- 同步(Synchronous)
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- 异步(Asynchronous)
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阻塞非阻塞是等待 I/O 完成的方式,阻塞要求用户程序停止执行,直到 I/O 完成,而非阻塞在 I/O 完成之前还可以继续执行。
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同步异步是获知 I/O 完成的方式,同步需要时刻关心 I/O 是否已经完成,异步无需主动关心,在 I/O 完成时它会收到通知。
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<div align="center"> <img src="../pics//1a231f2a-5c2f-4231-8e0f-915aa5894347.jpg" width=""/> </div><br>
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### 1. 同步-阻塞
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这是最常见的一种模型,用户程序在使用 read() 时会执行系统调用从而陷入内核,之后就被阻塞直到系统调用完成。
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应该注意到,在阻塞的过程中,其他程序还可以执行,因此阻塞不意味着整个操作系统都被阻塞。因为其他程序还可以执行,因此不消耗 CPU 时间,这种模型的执行效率会比较高。
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<div align="center"> <img src="../pics//5e9b10f3-9504-4483-9667-d4770adebf9f.png" width=""/> </div><br>
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### 2. 同步-非阻塞
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非阻塞意味着用户程序在执行系统调用后还可以继续执行,内核并不是马上执行完 I/O,而是以一个错误码来告知用户程序 I/O 还未完成。为了获得 I/O 完成事件,用户程序必须调用多次系统调用去询问内核,甚至是忙等,也就是在一个循环里面一直询问并等待。
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由于 CPU 要处理更多的用户程序的询问,因此这种模型的效率是比较低的。
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<div align="center"> <img src="../pics//1582217a-ed46-4cac-811e-90d13a65163b.png" width=""/> </div><br>
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### 3. 异步
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该模式下,I/O 操作会立即返回,之后可以处理其它操作,并且在 I/O 完成时会收到一个通知,此时会中断正在处理的操作,然后继续之前的操作。
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<div align="center"> <img src="../pics//b4b29aa9-dd2c-467b-b75f-ca6541cb25b5.jpg" width=""/> </div><br>
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## select poll epoll
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这三个都是 I/O 多路复用的具体实现,select 出现的最早,之后是 poll,再是 epoll。
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### 1. select
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```c
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int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
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```
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- fd_set 表示描述符集合;
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- readset、writeset 和 exceptset 这三个参数指定让操作系统内核测试读、写和异常条件的描述符;
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- timeout 参数告知内核等待所指定描述符中的任何一个就绪可花多少时间;
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- 成功调用返回结果大于 0;出错返回结果为 -1;超时返回结果为 0。
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```c
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fd_set fd_in, fd_out;
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struct timeval tv;
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// Reset the sets
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FD_ZERO( &fd_in );
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FD_ZERO( &fd_out );
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// Monitor sock1 for input events
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FD_SET( sock1, &fd_in );
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// Monitor sock2 for output events
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FD_SET( sock2, &fd_out );
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// Find out which socket has the largest numeric value as select requires it
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int largest_sock = sock1 > sock2 ? sock1 : sock2;
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// Wait up to 10 seconds
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tv.tv_sec = 10;
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tv.tv_usec = 0;
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// Call the select
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int ret = select( largest_sock + 1, &fd_in, &fd_out, NULL, &tv );
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// Check if select actually succeed
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if ( ret == -1 )
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// report error and abort
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else if ( ret == 0 )
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// timeout; no event detected
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else
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{
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if ( FD_ISSET( sock1, &fd_in ) )
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// input event on sock1
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if ( FD_ISSET( sock2, &fd_out ) )
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// output event on sock2
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}
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```
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每次调用 select() 都需要将 fd_set \*readfds, fd_set \*writefds, fd_set \*exceptfds 链表内容全部从用户进程内存中复制到操作系统内核中,内核需要将所有 fd_set 遍历一遍,这个过程非常低效。
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返回结果中内核并没有声明哪些 fd_set 已经准备好了,所以如果返回值大于 0 时,程序需要遍历所有的 fd_set 判断哪个 I/O 已经准备好。
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在 Linux 中 select 最多支持 1024 个 fd_set 同时轮询,其中 1024 由 Linux 内核的 FD_SETSIZE 决定。如果需要打破该限制可以修改 FD_SETSIZE,然后重新编译内核。
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### 2. poll
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```c
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int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
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```
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```c
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struct pollfd {
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int fd; //文件描述符
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short events; //监视的请求事件
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short revents; //已发生的事件
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};
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```
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```c
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// The structure for two events
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struct pollfd fds[2];
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// Monitor sock1 for input
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fds[0].fd = sock1;
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fds[0].events = POLLIN;
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// Monitor sock2 for output
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fds[1].fd = sock2;
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fds[1].events = POLLOUT;
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// Wait 10 seconds
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int ret = poll( &fds, 2, 10000 );
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// Check if poll actually succeed
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if ( ret == -1 )
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// report error and abort
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else if ( ret == 0 )
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// timeout; no event detected
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else
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{
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// If we detect the event, zero it out so we can reuse the structure
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if ( pfd[0].revents & POLLIN )
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pfd[0].revents = 0;
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// input event on sock1
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if ( pfd[1].revents & POLLOUT )
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pfd[1].revents = 0;
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// output event on sock2
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}
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```
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它和 select() 功能基本相同。同样需要每次将 struct pollfd \*fds 复制到内核,返回后同样需要进行轮询每一个 pollfd 是否已经 I/O 准备好。poll() 取消了 1024 个描述符数量上限,但是数量太大以后不能保证执行效率,因为复制大量内存到内核十分低效,所需时间与描述符数量成正比。poll() 在 pollfd 的重复利用上比 select() 的 fd_set 会更好。
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如果在多线程下,如果一个线程对某个描述符调用了 poll() 系统调用,但是另一个线程关闭了该描述符,会导致 poll() 调用结果不确定,该问题同样出现在 select() 中。
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### 3. epoll
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```c
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int epoll_create(int size);
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int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
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int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
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```
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```c
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// Create the epoll descriptor. Only one is needed per app, and is used to monitor all sockets.
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// The function argument is ignored (it was not before, but now it is), so put your favorite number here
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int pollingfd = epoll_create( 0xCAFE );
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if ( pollingfd < 0 )
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// report error
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// Initialize the epoll structure in case more members are added in future
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struct epoll_event ev = { 0 };
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// Associate the connection class instance with the event. You can associate anything
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// you want, epoll does not use this information. We store a connection class pointer, pConnection1
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ev.data.ptr = pConnection1;
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// Monitor for input, and do not automatically rearm the descriptor after the event
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ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
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// Add the descriptor into the monitoring list. We can do it even if another thread is
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// waiting in epoll_wait - the descriptor will be properly added
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if ( epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, pConnection1->getSocket(), &ev ) != 0 )
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// report error
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// Wait for up to 20 events (assuming we have added maybe 200 sockets before that it may happen)
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struct epoll_event pevents[ 20 ];
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// Wait for 10 seconds, and retrieve less than 20 epoll_event and store them into epoll_event array
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int ready = epoll_wait( pollingfd, pevents, 20, 10000 );
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// Check if epoll actually succeed
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if ( ret == -1 )
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// report error and abort
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else if ( ret == 0 )
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// timeout; no event detected
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else
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{
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// Check if any events detected
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for ( int i = 0; i < ret; i++ )
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{
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if ( pevents[i].events & EPOLLIN )
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{
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// Get back our connection pointer
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Connection * c = (Connection*) pevents[i].data.ptr;
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c->handleReadEvent();
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}
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}
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}
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```
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epoll 仅仅适用于 Linux OS。
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它是 select 和 poll 的增强版,更加灵活而且没有描述符限制。它将用户关心的描述符放到内核的一个事件表中,从而只需要在用户空间和内核空间拷贝一次。
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select 和 poll 方式中,进程只有在调用一定的方法后,内核才对所有监视的描述符进行扫描。而 epoll 事先通过 epoll_ctl() 来注册描述符,一旦基于某个描述符就绪时,内核会采用类似 callback 的回调机制,迅速激活这个描述符,当进程调用 epoll_wait() 时便得到通知。
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新版本的 epoll_create(int size) 参数 size 不起任何作用,在旧版本的 epoll 中如果描述符的数量大于 size,不保证服务质量。
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epoll_ctl() 执行一次系统调用,用于向内核注册新的描述符或者是改变某个文件描述符的状态。已注册的描述符在内核中会被维护在一棵红黑树上,通过回调函数内核会将 I/O 准备好的描述符加入到一个链表中管理。
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epoll_wait() 取出在内核中通过链表维护的 I/O 准备好的描述符,将他们从内核复制到程序中,不需要像 select/poll 对注册的所有描述符遍历一遍。
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epoll 对多线程编程更有友好,同时多个线程对同一个描述符调用了 epoll_wait 也不会产生像 select/poll 的不确定情况。或者一个线程调用了 epoll_wait 另一个线程关闭了同一个描述符也不会产生不确定情况。
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## select 和 poll 比较
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### 1. 功能
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它们提供了几乎相同的功能,但是在一些细节上有所不同:
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- select 会修改 fd_set 参数,而 poll 不会;
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- select 默认只能监听 1024 个描述符,如果要监听更多的话,需要修改 FD_SETSIZE 之后重新编译;
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- poll 提供了更多的事件类型。
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### 2. 速度
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poll 和 select 在速度上都很慢。
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- 它们都采取轮询的方式来找到 I/O 完成的描述符,如果描述符很多,那么速度就会很慢;
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- select 只使用每个描述符的 3 位,而 poll 通常需要使用 64 位,因此 poll 需要复制更多的内核空间。
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### 3. 可移植性
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几乎所有的系统都支持 select,但是只有比较新的系统支持 poll。
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## eopll 工作模式
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epoll_event 有两种触发模式:LT(level trigger)和 ET(edge trigger)。
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### 1. LT 模式
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当 epoll_wait() 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用 epoll_wait() 时,会再次响应应用程序并通知此事件。是默认的一种模式,并且同时支持 Blocking 和 No-Blocking。
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### 2. ET 模式
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当 epoll_wait() 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用 epoll_wait() 时,不会再次响应应用程序并通知此事件。很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。只支持 No-Blocking,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
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## select poll epoll 应用场景
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很容易产生一种错觉认为只要用 epoll 就可以了,select poll 都是历史遗留问题,并没有什么应用场景,其实并不是这样的。
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### 1. select 应用场景
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select() poll() epoll_wait() 都有一个 timeout 参数,在 select() 中 timeout 的精确度为 1ns,而 poll() 和 epoll_wait() 中则为 1ms。所以 select 更加适用于实时要求更高的场景,比如核反应堆的控制。
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select 历史更加悠久,它的可移植性更好,几乎被所有主流平台所支持。
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### 2. poll 应用场景
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poll 没有最大描述符数量的限制,如果平台支持应该采用 poll 且对实时性要求并不是十分严格,而不是 select。
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需要同时监控小于 1000 个描述符。那么也没有必要使用 epoll,因为这个应用场景下并不能体现 epoll 的优势。
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需要监控的描述符状态变化多,而且都是非常短暂的。因为 epoll 中的所有描述符都存储在内核中,造成每次需要对描述符的状态改变都需要通过 epoll_ctl() 进行系统调用,频繁系统调用降低效率。epoll 的描述符存储在内核,不容易调试。
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### 3. epoll 应用场景
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程序只需要运行在 Linux 平台上,有非常大量的描述符需要同时轮询,而且这些连接最好是长连接。
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### 4. 性能对比
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> [epoll Scalability Web Page](http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html)
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# 参考资料
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||||
- 鸟哥. 鸟 哥 的 Linux 私 房 菜 基 础 篇 第 三 版[J]. 2009.
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||||
- [Linux 平台上的软件包管理](https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-rpmdpkg/index.html)
|
||||
- [Boost application performance using asynchronous I/O](https://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/)
|
||||
- [Synchronous and Asynchronous I/O](https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa365683(v=vs.85).aspx)
|
||||
- [Linux IO 模式及 select、poll、epoll 详解](https://segmentfault.com/a/1190000003063859)
|
||||
- [poll vs select vs event-based](https://daniel.haxx.se/docs/poll-vs-select.html)
|
||||
- [Linux 之守护进程、僵死进程与孤儿进程](http://liubigbin.github.io/2016/03/11/Linux-%E4%B9%8B%E5%AE%88%E6%8A%A4%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E3%80%81%E5%83%B5%E6%AD%BB%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%B8%8E%E5%AD%A4%E5%84%BF%E8%BF%9B%E7%A8%8B/)
|
||||
- [Linux process states](https://idea.popcount.org/2012-12-11-linux-process-states/)
|
||||
- [GUID Partition Table](https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table)
|
||||
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343
notes/Socket.md
Normal file
343
notes/Socket.md
Normal file
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@ -0,0 +1,343 @@
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<!-- GFM-TOC -->
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||||
* [一、I/O 复用](#一io-复用)
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||||
* [I/O 模型](#io-模型)
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||||
* [select/poll/epoll](#selectpollepoll)
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||||
* [select 和 poll 比较](#select-和-poll-比较)
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||||
* [eopll 工作模式](#eopll-工作模式)
|
||||
* [select poll epoll 应用场景](#select-poll-epoll-应用场景)
|
||||
* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、I/O 复用
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## I/O 模型
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一个输入操作通常包括两个阶段:
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- 等待数据准备好
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- 从内核向进程复制数据
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对于一个套接字上的输入操作,第一步通常涉及等待数据从网络中到达。当所等待分组到达时,它被复制到内核中的某个缓冲区。第二步就是把数据从内核缓冲区复制到应用进程缓冲区。
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Unix 下有五种 I/O 模型:
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- 阻塞式 I/O
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- 非阻塞式 I/O
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- I/O 复用(select 和 poll)
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||||
- 信号驱动式 I/O(SIGIO)
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- 异步 I/O(AIO)
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### 1. 阻塞式 I/O
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应用进程被阻塞,直到数据复制到应用进程缓冲区中才返回。
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应该注意到,在阻塞的过程中,其它程序还可以执行,因此阻塞不意味着整个操作系统都被阻塞。因为其他程序还可以执行,因此不消耗 CPU 时间,这种模型的执行效率会比较高。
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下图中,recvfrom 用于接收 Socket 传来的数据,并复制到应用进程的缓冲区 buf 中。这里把 recvfrom() 当成系统调用。
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```c
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ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
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```
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<div align="center"> <img src="../pics//1492928416812_4.png"/> </div><br>
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### 2. 非阻塞式 I/O
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应用进程执行系统调用之后,内核返回一个错误码。应用进程可以继续执行,但是需要不断的执行系统调用来获知 I/O 是否完成,这种方式成为轮询(polling)。
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由于 CPU 要处理更多的系统调用,因此这种模型是比较低效的。
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<div align="center"> <img src="../pics//1492929000361_5.png"/> </div><br>
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### 3. I/O 复用
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使用 select 或者 poll 等待数据,并且可以等待多个套接字中的任何一个变为可读,这一过程会被阻塞,当某一个套接字可读时返回。之后再使用 recvfrom 把数据从内核复制到进程中。
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它可以让单个进程具有处理多个 I/O 事件的能力。又被称为 Event Driven I/O,即事件驱动 I/O。
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如果一个 Web 服务器没有 I/O 复用,那么每一个 Socket 连接都需要创建一个线程去处理。如果同时有几万个连接,那么就需要创建相同数量的线程。并且相比于多进程和多线程技术,I/O 复用不需要进程线程创建和切换的开销,系统开销更小。
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<div align="center"> <img src="../pics//1492929444818_6.png"/> </div><br>
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### 4. 信号驱动 I/O
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应用进程使用 sigaction 系统调用,内核立即返回,应用进程可以继续执行,也就是说等待数据阶段应用进程是非阻塞的。内核在数据到达时向应用进程发送 SIGIO 信号,应用进程收到之后在信号处理程序中调用 recvfrom 将数据从内核复制到应用进程中。
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相比于非阻塞式 I/O 的轮询方式,信号驱动 I/O 的 CPU 利用率更高。
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<div align="center"> <img src="../pics//1492929553651_7.png"/> </div><br>
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### 5. 异步 I/O
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进行 aio_read 系统调用会立即返回,应用进程继续执行,不会被阻塞,内核会在所有操作完成之后向应用进程发送信号。
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异步 I/O 与信号驱动 I/O 的区别在于,异步 I/O 的信号是通知应用进程 I/O 完成,而信号驱动 I/O 的信号是通知应用进程可以开始 I/O。
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<div align="center"> <img src="../pics//1492930243286_8.png"/> </div><br>
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### 6. 同步 I/O 与异步 I/O
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- 同步 I/O:应用进程在调用 recvfrom 操作时会阻塞。
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- 异步 I/O:不会阻塞。
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阻塞式 I/O、非阻塞式 I/O、I/O 复用和信号驱动 I/O 都是同步 I/O,虽然非阻塞式 I/O 和信号驱动 I/O 在等待数据阶段不会阻塞,但是在之后的将数据从内核复制到应用进程这个操作会阻塞。
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### 7. 五大 I/O 模型比较
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前四种 I/O 模型的主要区别在于第一个阶段,而第二个阶段是一样的:将数据从内核复制到应用进程过程中,应用进程会被阻塞。
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<div align="center"> <img src="../pics//1492928105791_3.png"/> </div><br>
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## select/poll/epoll
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这三个都是 I/O 多路复用的具体实现,select 出现的最早,之后是 poll,再是 epoll。
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### 1. select
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```c
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int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
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```
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fd_set 表示描述符集合类型,有三个参数:readset、writeset 和 exceptset,分别对应读、写、异常条件的描述符集合。
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timeout 参数告知内核等待所指定描述符中的任何一个就绪可花多少时间;
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成功调用返回结果大于 0;出错返回结果为 -1;超时返回结果为 0。
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每次调用 select 都需要将 fd_set \*readfds, fd_set \*writefds, fd_set \*exceptfds 链表内容全部从应用进程缓冲复制到内核缓冲。
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返回结果中内核并没有声明 fd_set 中哪些描述符已经准备好,所以如果返回值大于 0 时,应用进程需要遍历所有的 fd_set。
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select 最多支持 1024 个描述符,其中 1024 由内核的 FD_SETSIZE 决定。如果需要打破该限制可以修改 FD_SETSIZE,然后重新编译内核。
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```c
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fd_set fd_in, fd_out;
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struct timeval tv;
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// Reset the sets
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FD_ZERO( &fd_in );
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||||
FD_ZERO( &fd_out );
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// Monitor sock1 for input events
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||||
FD_SET( sock1, &fd_in );
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||||
// Monitor sock2 for output events
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||||
FD_SET( sock2, &fd_out );
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||||
// Find out which socket has the largest numeric value as select requires it
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||||
int largest_sock = sock1 > sock2 ? sock1 : sock2;
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// Wait up to 10 seconds
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||||
tv.tv_sec = 10;
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tv.tv_usec = 0;
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// Call the select
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||||
int ret = select( largest_sock + 1, &fd_in, &fd_out, NULL, &tv );
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||||
// Check if select actually succeed
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||||
if ( ret == -1 )
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||||
// report error and abort
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||||
else if ( ret == 0 )
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||||
// timeout; no event detected
|
||||
else
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||||
{
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||||
if ( FD_ISSET( sock1, &fd_in ) )
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||||
// input event on sock1
|
||||
|
||||
if ( FD_ISSET( sock2, &fd_out ) )
|
||||
// output event on sock2
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
### 2. poll
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```c
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||||
int poll(struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
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||||
```
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```c
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||||
struct pollfd {
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int fd; //文件描述符
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||||
short events; //监视的请求事件
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||||
short revents; //已发生的事件
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||||
};
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```
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||||
它和 select 功能基本相同。同样需要每次将描述符从应用进程复制到内核,poll 调用返回后同样需要进行轮询才能知道哪些描述符已经准备好。
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poll 取消了 1024 个描述符数量上限,但是数量太大以后不能保证执行效率,因为复制大量内存到内核十分低效,所需时间与描述符数量成正比。
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||||
poll 在描述符的重复利用上比 select 的 fd_set 会更好。
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||||
如果在多线程下,如果一个线程对某个描述符调用了 poll 系统调用,但是另一个线程关闭了该描述符,会导致 poll 调用结果不确定,该问题同样出现在 select 中。
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```c
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||||
// The structure for two events
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||||
struct pollfd fds[2];
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||||
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// Monitor sock1 for input
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||||
fds[0].fd = sock1;
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||||
fds[0].events = POLLIN;
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||||
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||||
// Monitor sock2 for output
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||||
fds[1].fd = sock2;
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||||
fds[1].events = POLLOUT;
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||||
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||||
// Wait 10 seconds
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||||
int ret = poll( &fds, 2, 10000 );
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||||
// Check if poll actually succeed
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||||
if ( ret == -1 )
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||||
// report error and abort
|
||||
else if ( ret == 0 )
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||||
// timeout; no event detected
|
||||
else
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||||
{
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||||
// If we detect the event, zero it out so we can reuse the structure
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||||
if ( pfd[0].revents & POLLIN )
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||||
pfd[0].revents = 0;
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||||
// input event on sock1
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||||
|
||||
if ( pfd[1].revents & POLLOUT )
|
||||
pfd[1].revents = 0;
|
||||
// output event on sock2
|
||||
}
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||||
```
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||||
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||||
### 3. epoll
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```c
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||||
int epoll_create(int size);
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int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
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||||
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
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||||
```
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||||
epoll 仅仅适用于 Linux OS。
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||||
它是 select 和 poll 的增强版,更加灵活而且没有描述符数量限制。
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它将用户关心的描述符放到内核的一个事件表中,从而只需要在用户空间和内核空间拷贝一次。
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||||
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||||
select 和 poll 方式中,进程只有在调用一定的方法后,内核才对所有监视的描述符进行扫描。而 epoll 事先通过 epoll_ctl() 来注册描述符,一旦基于某个描述符就绪时,内核会采用类似 callback 的回调机制,迅速激活这个描述符,当进程调用 epoll_wait() 时便得到通知。
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||||
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||||
新版本的 epoll_create(int size) 参数 size 不起任何作用,在旧版本的 epoll 中如果描述符的数量大于 size,不保证服务质量。
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||||
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||||
epoll_ctl() 执行一次系统调用,用于向内核注册新的描述符或者是改变某个文件描述符的状态。已注册的描述符在内核中会被维护在一棵红黑树上,通过回调函数内核会将 I/O 准备好的描述符加入到一个链表中管理。
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||||
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||||
epoll_wait() 取出在内核中通过链表维护的 I/O 准备好的描述符,将他们从内核复制到应用进程中,不需要像 select/poll 对注册的所有描述符遍历一遍。
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||||
epoll 对多线程编程更有友好,同时多个线程对同一个描述符调用了 epoll_wait() 也不会产生像 select/poll 的不确定情况。或者一个线程调用了 epoll_wait 另一个线程关闭了同一个描述符也不会产生不确定情况。
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||||
```c
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||||
// Create the epoll descriptor. Only one is needed per app, and is used to monitor all sockets.
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||||
// The function argument is ignored (it was not before, but now it is), so put your favorite number here
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||||
int pollingfd = epoll_create( 0xCAFE );
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||||
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||||
if ( pollingfd < 0 )
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||||
// report error
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||||
// Initialize the epoll structure in case more members are added in future
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||||
struct epoll_event ev = { 0 };
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||||
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||||
// Associate the connection class instance with the event. You can associate anything
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||||
// you want, epoll does not use this information. We store a connection class pointer, pConnection1
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||||
ev.data.ptr = pConnection1;
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||||
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||||
// Monitor for input, and do not automatically rearm the descriptor after the event
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||||
ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
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||||
// Add the descriptor into the monitoring list. We can do it even if another thread is
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||||
// waiting in epoll_wait - the descriptor will be properly added
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||||
if ( epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, pConnection1->getSocket(), &ev ) != 0 )
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||||
// report error
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||||
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||||
// Wait for up to 20 events (assuming we have added maybe 200 sockets before that it may happen)
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||||
struct epoll_event pevents[ 20 ];
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||||
// Wait for 10 seconds, and retrieve less than 20 epoll_event and store them into epoll_event array
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||||
int ready = epoll_wait( pollingfd, pevents, 20, 10000 );
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||||
// Check if epoll actually succeed
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||||
if ( ret == -1 )
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||||
// report error and abort
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||||
else if ( ret == 0 )
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||||
// timeout; no event detected
|
||||
else
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||||
{
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||||
// Check if any events detected
|
||||
for ( int i = 0; i < ret; i++ )
|
||||
{
|
||||
if ( pevents[i].events & EPOLLIN )
|
||||
{
|
||||
// Get back our connection pointer
|
||||
Connection * c = (Connection*) pevents[i].data.ptr;
|
||||
c->handleReadEvent();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
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```
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## select 和 poll 比较
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### 1. 功能
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它们提供了几乎相同的功能,但是在一些细节上有所不同:
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- select 会修改 fd_set 参数,而 poll 不会;
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- select 默认只能监听 1024 个描述符,如果要监听更多的话,需要修改 FD_SETSIZE 之后重新编译;
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||||
- poll 提供了更多的事件类型。
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### 2. 速度
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poll 和 select 在速度上都很慢。
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- 它们都采取轮询的方式来找到 I/O 完成的描述符,如果描述符很多,那么速度就会很慢;
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- select 只使用每个描述符的 3 位,而 poll 通常需要使用 64 位,因此 poll 需要复制更多的内核空间。
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### 3. 可移植性
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几乎所有的系统都支持 select,但是只有比较新的系统支持 poll。
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## eopll 工作模式
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epoll_event 有两种触发模式:LT(level trigger)和 ET(edge trigger)。
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### 1. LT 模式
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当 epoll_wait() 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用 epoll_wait() 时,会再次响应应用程序并通知此事件。是默认的一种模式,并且同时支持 Blocking 和 No-Blocking。
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### 2. ET 模式
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当 epoll_wait() 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用 epoll_wait() 时,不会再次响应应用程序并通知此事件。很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。只支持 No-Blocking,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
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## select poll epoll 应用场景
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很容易产生一种错觉认为只要用 epoll 就可以了,select poll 都是历史遗留问题,并没有什么应用场景,其实并不是这样的。
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### 1. select 应用场景
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select() poll() epoll_wait() 都有一个 timeout 参数,在 select() 中 timeout 的精确度为 1ns,而 poll() 和 epoll_wait() 中则为 1ms。所以 select 更加适用于实时要求更高的场景,比如核反应堆的控制。
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select 历史更加悠久,它的可移植性更好,几乎被所有主流平台所支持。
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### 2. poll 应用场景
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poll 没有最大描述符数量的限制,如果平台支持应该采用 poll 且对实时性要求并不是十分严格,而不是 select。
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需要同时监控小于 1000 个描述符。那么也没有必要使用 epoll,因为这个应用场景下并不能体现 epoll 的优势。
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需要监控的描述符状态变化多,而且都是非常短暂的。因为 epoll 中的所有描述符都存储在内核中,造成每次需要对描述符的状态改变都需要通过 epoll_ctl() 进行系统调用,频繁系统调用降低效率。epoll 的描述符存储在内核,不容易调试。
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### 3. epoll 应用场景
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程序只需要运行在 Linux 平台上,有非常大量的描述符需要同时轮询,而且这些连接最好是长连接。
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### 4. 性能对比
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||||
> [epoll Scalability Web Page](http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html)
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# 参考资料
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||||
- Stevens W R, Fenner B, Rudoff A M. UNIX network programming[M]. Addison-Wesley Professional, 2004.
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||||
- [Boost application performance using asynchronous I/O](https://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/)
|
||||
- [Synchronous and Asynchronous I/O](https://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa365683(v=vs.85).aspx)
|
||||
- [Linux IO 模式及 select、poll、epoll 详解](https://segmentfault.com/a/1190000003063859)
|
||||
- [poll vs select vs event-based](https://daniel.haxx.se/docs/poll-vs-select.html)
|
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