I/O復(fù)用使得程序能夠同時(shí)監(jiān)聽(tīng)多個(gè)文件描述符，對(duì)于提高程序性能至關(guān)重要。I/O復(fù)用不僅僅在網(wǎng)絡(luò)程序中使用，但是我接觸到的例子中，TCP網(wǎng)絡(luò)編程那塊使用I/O復(fù)用比較多，例如，TCP服務(wù)器同時(shí)處理監(jiān)聽(tīng)socket和連接socket.

在了解I/O復(fù)用之前，我們需要先了解幾個(gè)概念。

1，同步I/O與異步I/O

2，LT（水平觸發(fā)）和ET（邊緣觸發(fā)）

POSIX把兩個(gè)術(shù)語(yǔ)定義如下：

同步I/O：導(dǎo)致請(qǐng)求進(jìn)程阻塞，直到I/O操作完成

異步I/O：不導(dǎo)致請(qǐng)求進(jìn)程阻塞

阻塞是進(jìn)程在等待某種資源，但是不能馬上得到，必須等待別的進(jìn)程釋放資源才能繼續(xù)，屬于被動(dòng)無(wú)法得到時(shí)間片，內(nèi)核就切換其它進(jìn)程運(yùn)行。

它與休眠和掛起的區(qū)別：休眠一般為主動(dòng)式的放棄一段CPU時(shí)間。  

掛起是運(yùn)行時(shí)間片到了,內(nèi)核要調(diào)度其它進(jìn)程運(yùn)行,被動(dòng)式的失去CPU。（掛起可以被別的進(jìn)程給搶占導(dǎo)致掛起，也可以自己主動(dòng)掛起自己。）

Unix下可用的5種I/O模型：1，阻塞式I/O 2，非阻塞式I/O 3，I/O 復(fù)用 4，信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O（SIGIO） 5，異步I/O

1--4為同步I/O,5為異步I/O。

我們關(guān)注的I/O復(fù)用屬于同步I/O，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程阻塞。

在linux的IO多路復(fù)用中有水平觸發(fā),邊緣觸發(fā)兩種模式,這兩種模式的區(qū)別如下:

水平觸發(fā)(LT,level-triggered，也被稱為條件觸發(fā)):只要滿足條件，就觸發(fā)一個(gè)事件(只要有數(shù)據(jù)沒(méi)有被獲取，內(nèi)核就不斷通知你).如果文件描述符已經(jīng)就緒可以非阻塞的執(zhí)行IO操作了,此時(shí)會(huì)觸發(fā)通知.允許在任意時(shí)刻重復(fù)檢測(cè)IO的狀態(tài),沒(méi)有必要每次描述符就緒后盡可能多的執(zhí)行IO.select,poll就屬于水平觸發(fā).

邊緣觸發(fā)(ET,edge-triggered)每當(dāng)狀態(tài)變化時(shí)，觸發(fā)一個(gè)事件.如果文件描述符自上次狀態(tài)改變后有新的IO活動(dòng)到來(lái),此時(shí)會(huì)觸發(fā)通知.在收到一個(gè)IO事件通知后要盡可能多的執(zhí)行IO操作,因?yàn)槿绻谝淮瓮ㄖ袥](méi)有執(zhí)行完IO那么就需要等到下一次新的IO活動(dòng)到來(lái)才能獲取到就緒的描述符.信號(hào)驅(qū)動(dòng)式IO就屬于邊緣觸發(fā).

epoll既可以選擇水平觸發(fā)，也可以選擇邊緣觸發(fā)

下面具體介紹三大I/O復(fù)用：select,poll,epoll

int select(int nfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);
returns numbers of ready descriptors,0 on timeout,or -1 on error

int poll(struct pollfd fds[],nfds_t nfds,int timeout);
returns number of ready file descriptors,0 on timeout,or -1 on error;

epoll
int epoll_create(int size)
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);

下面從事件集、最大支持文件描述符、工作模式、具體實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比：

3組系統(tǒng)調(diào)用都通過(guò)某種結(jié)構(gòu)體來(lái)高速內(nèi)核監(jiān)聽(tīng)哪些文件描述符上的事件，并使用該結(jié)構(gòu)體類型的參數(shù)來(lái)獲取內(nèi)核處理的結(jié)構(gòu)。

select的參數(shù)類型fd_set沒(méi)有將文件描述符和事件綁定，只能處理可讀、可寫(xiě)、異常事件，這使得select不能處理更多類型的事件。由于內(nèi)核對(duì)fd_set的修改，應(yīng)用程序下次調(diào)用select前需要重置這3個(gè)fd_set集合。

poll通過(guò)把文件描述符和事件定義在pollfd中，任何事件都被統(tǒng)一處理，從而使得編程接口簡(jiǎn)潔許多。并且內(nèi)核每次修改的是pollfd結(jié)構(gòu)體的revents成員，而events成員保持不變，因此下次調(diào)用poll時(shí)無(wú)須重置pollfd結(jié)構(gòu)體類型的事件集參數(shù)。由于每次select 和poll調(diào)用都返回整個(gè)用戶注冊(cè)的事件集合（其中包括就緒的和未就緒的）,所以應(yīng)用程序索引就緒文件描述符的時(shí)間復(fù)雜度為O（n）.epoll 則采用與select和poll完全不同的方式來(lái)管理用戶注冊(cè)的事件。它在內(nèi)核中維護(hù)一個(gè)事件表，并提供了一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)調(diào)用epoll_ctl來(lái)控制往其中添加、刪除、修改事件。這樣，每次epoll_wait調(diào)用都直接從該內(nèi)核事件表中取得用戶注冊(cè)的事件，而無(wú)須反復(fù)從用戶空間讀入這些事件。epoll_wait系統(tǒng)調(diào)用的events參數(shù)僅用來(lái)返回就緒的事件，這使得應(yīng)用程序索引就緒文件描述符的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)

poll和epoll_wait分別用nfds和maxevents參數(shù)指定最多監(jiān)聽(tīng)多少個(gè)文件描述符和事件。這兩個(gè)數(shù)值都能達(dá)到系統(tǒng)最大的文件描述符數(shù)目，即65535(cat/proc/sys/fs/file-max).而select允許監(jiān)聽(tīng)的最大文件描述符數(shù)量通常有限制。雖然用戶可以修改這個(gè)限制，但這可能導(dǎo)致不可預(yù)期的后果。

select和poll都只能工作在LT模式，而epoll可以工作在ET模式。并且epoll還支持EPOLLONESHOT事件，該事件可以進(jìn)一步減少可讀、可寫(xiě)、和異常等事件被觸發(fā)的次數(shù)

實(shí)現(xiàn)原理上，select和poll采用輪詢的方式，即每次都要掃描整個(gè)注冊(cè)文件描述符集合，并將其中就緒的文件描述符返回給用戶程序，因此他們檢測(cè)就緒事件的時(shí)間復(fù)雜度為O（n）.epoll_wait采用回調(diào)的方式，內(nèi)核檢測(cè)到就緒文件描述符時(shí)，將觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)將該文件描述符上對(duì)應(yīng)的事件插入內(nèi)核就緒事件隊(duì)列。內(nèi)核最后在適當(dāng)時(shí)機(jī)將該就緒事件隊(duì)列中的內(nèi)容拷貝到用戶空間。因此epoll_wait無(wú)須輪詢整個(gè)文件描述符集合來(lái)檢測(cè)哪些文件描述符就緒，其算法復(fù)雜度為O(1).

總結(jié)起來(lái)如下表所示

以上這篇IO復(fù)用之select poll epoll的總結(jié)(推薦)就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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