补充 select poll epoll 的相关知识点，该 epoll() 的括号都去除了，因为不存在这样一个方法

2018-03-21 16:25:15 +08:00 · 2018-03-21 16:25:15 +08:00 · a6740c28bb
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@ -53,9 +53,8 @@
 * [十、I/O 复用](#十io-复用)
    * [概念理解](#概念理解)
    * [I/O 模型](#io-模型)
-    * [select() poll() epoll()](#select-poll-epoll)
-    * [select() 和 poll() 比较](#select-和-poll-比较)
-    * [eopll() 工作模式](#eopll-工作模式)
+    * [select() poll() epoll](#select-poll-epoll)
+    * [select() poll() epoll 应用场景](#select-poll-epoll-应用场景)
 * [参考资料](#参考资料)
 <!-- GFM-TOC -->

@ -1068,10 +1067,12 @@ HTTP 服务器即要处理监听套接字，又要处理已连接的套接字，

 <div align="center"> <img src="../pics//b4b29aa9-dd2c-467b-b75f-ca6541cb25b5.jpg"/> </div><br>

-## select() poll() epoll()
+## select() poll() epoll

 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。可以说，新出现的实现是为了修复旧实现的不足。

+假如做一个Web服务器没有 I/O 多路复用，就需要为每一个客户端连接创建一个线程去处理。而负载均衡，可能同时连接几万个连接，那就需要创建几万个线程处理客户端请求啊？显然不是的，应该使用 I/O 多路复用，也就是一个线程同时处理多个 I/O 请求，epoll 可以由一个线程同时处理上百万个 socket 连接。
+
 ### 1. select()

 ```c
@ -1081,6 +1082,52 @@ int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct
 - fd_set 表示描述符集合；
 - readset、writeset 和 exceptset 这三个参数指定让内核测试读、写和异常条件的描述符；
 - 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。
+- return 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
+
+```c
+fd_set fd_in, fd_out;
+struct timeval tv;
+ 
+// Reset the sets
+FD_ZERO( &fd_in );
+FD_ZERO( &fd_out );
+ 
+// Monitor sock1 for input events
+FD_SET( sock1, &fd_in );
+ 
+// Monitor sock2 for output events
+FD_SET( sock2, &fd_out );
+ 
+// Find out which socket has the largest numeric value as select requires it
+int largest_sock = sock1 > sock2 ? sock1 : sock2;
+ 
+// Wait up to 10 seconds
+tv.tv_sec = 10;
+tv.tv_usec = 0;
+ 
+// Call the select
+int ret = select( largest_sock + 1, &fd_in, &fd_out, NULL, &tv );
+ 
+// Check if select actually succeed
+if ( ret == -1 )
+    // report error and abort
+else if ( ret == 0 )
+    // timeout; no event detected
+else
+{
+    if ( FD_ISSET( sock1, &fd_in ) )
+        // input event on sock1
+ 
+    if ( FD_ISSET( sock2, &fd_out ) )
+        // output event on sock2
+}
+```
+
+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OS内核中，内核需要将所有 fd_set 遍历一遍，这个过程非常低效。
+
+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。
+
+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。

 ### 2. poll()

@ -1096,9 +1143,43 @@ struct pollfd {
 };
 ```

-它和 select() 功能基本相同。
+```c
+// The structure for two events
+struct pollfd fds[2];
+ 
+// Monitor sock1 for input
+fds[0].fd = sock1;
+fds[0].events = POLLIN;
+ 
+// Monitor sock2 for output
+fds[1].fd = sock2;
+fds[1].events = POLLOUT;
+ 
+// Wait 10 seconds
+int ret = poll( &fds, 2, 10000 );
+// Check if poll actually succeed
+if ( ret == -1 )
+    // report error and abort
+else if ( ret == 0 )
+    // timeout; no event detected
+else
+{
+    // If we detect the event, zero it out so we can reuse the structure
+    if ( pfd[0].revents & POLLIN )
+        pfd[0].revents = 0;
+        // input event on sock1

-### 3. epoll()
+    if ( pfd[1].revents & POLLOUT )
+        pfd[1].revents = 0;
+        // output event on sock2
+}
+```
+
+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。
+
+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。
+
+### 3. epoll

 ```c
 int epoll_create(int size);
@ -1106,26 +1187,95 @@ 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);
 ```

+```c
+// Create the epoll descriptor. Only one is needed per app, and is used to monitor all sockets.
+// The function argument is ignored (it was not before, but now it is), so put your favorite number here
+int pollingfd = epoll_create( 0xCAFE ); 
+
+if ( pollingfd < 0 )
+ // report error
+
+// Initialize the epoll structure in case more members are added in future
+struct epoll_event ev = { 0 };
+
+// Associate the connection class instance with the event. You can associate anything
+// you want, epoll does not use this information. We store a connection class pointer, pConnection1
+ev.data.ptr = pConnection1;
+
+// Monitor for input, and do not automatically rearm the descriptor after the event
+ev.events = EPOLLIN | EPOLLONESHOT;
+// Add the descriptor into the monitoring list. We can do it even if another thread is 
+// waiting in epoll_wait - the descriptor will be properly added
+if ( epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, pConnection1->getSocket(), &ev ) != 0 )
+    // report error
+
+// Wait for up to 20 events (assuming we have added maybe 200 sockets before that it may happen)
+struct epoll_event pevents[ 20 ];
+
+// Wait for 10 seconds, and retrieve less than 20 epoll_event and store them into epoll_event array
+int ready = epoll_wait( pollingfd, pevents, 20, 10000 );
+// Check if epoll actually succeed
+if ( ret == -1 )
+    // report error and abort
+else if ( ret == 0 )
+    // timeout; no event detected
+else
+{
+    // 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();
+         }
+    }
+}
+```
+
+epoll 仅仅适用于 Linux OS。
+
 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。

-## select() 和 poll() 比较
+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。

+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。

+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。

-## eopll() 工作模式
+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。

 epoll() 对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和 ET（edge trigger）。

- LT 模式：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。
- ET 模式：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。
+epoll_event有两种触发模式，LT模式和ET模式

-### 1. LT
+- LT 模式：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。
+- ET 模式：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。

-是默认的一种模式，并且同时支持 Blocking 和 No-Blocking。
+## select() poll() epoll 应用场景

-### 2. ET
+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。

-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。
+### select() 应用场景
+
+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。
+
+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。
+
+### poll() 应用场景
+
+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。
+
+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。
+
+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。
+
+### epoll 应用场景
+
+程序只需要运行在 Linux 平台上，且、有非常大量的描述符需要同时轮询，比如一万，且这些连接最好是长连接。
+
+[poll 与 epoll 的性能对比](http://lse.sourceforge.net/epoll/index.html)

 # 参考资料

@ -1134,3 +1284,4 @@ epoll() 对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和 ET
 - [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)
+- [select / poll / epoll: practical difference for system architects](https://www.ulduzsoft.com/2014/01/select-poll-epoll-practical-difference-for-system-architects/)