I/O多路复用之select,poll,epoll简介

一、select

1.起源

select最早于1983年出现在4.2BSD中（BSD是早期的UNIX版本的分支）。

它通过一个select()系统调用来监视多个文件描述符的数组，当select()返回后，该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位，使得进程可以获得这些文件描述符从而进行后续的读写操作。

2.select的优点

目前几乎在所有的平台上支持，具有良好的跨平台支持。

3.select的缺点

1. 单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制。默认情况下，在Linux上单个进程能够打开的最大文件数为1024.（可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制）。
2. select()所维护的存储大量文件描述符的数据结构，随着文件描述符数量的增大， 其复制的开销也线性增长。
3. 由于网络相应时间的延迟使得大量的TCP连接处于非活跃状态，但调用select()会对所有socket进行一次线性扫描，浪费了一定的开销。
4. select()所维护的socket连接，kernel中有数据了只会返回称有数据了，但不会指定socket，还需要对socket进行扫描，找到是哪些socket在kernel中准备了数据，浪费了开销。

二、poll

1.起源

poll在1986年诞生于System V Release 3，它和select在本质上没有多大差别，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。

2.poll的优点

没有最大文件描述符数量的限制。

3.poll的缺点

1. 包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。
2. poll将就绪的文件描述符告诉进程后，如果进程没有对其进行IO操作，那么下次调用poll()的时候将再次报告这些文件描述符，所以poll()一般不会丢失就绪的信息，这种方式成为 水平触发Level Triggered.

4.poll的实际应用

在实际中，poll被认为是select,poll,epoll之间的一个过渡阶段，在实际中运用不多。

 

三、epoll

1.起源

epoll是在Linux2.6中提出的，是之前的select和poll的增强版本。

2.epoll的优点

相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。

epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

epoll是由内核直接支持的实现方法，它几乎具备了之前所说的一切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。epoll是目前最流行的，目前知名框架Tornado,Nginx,Twisted等都是使用的epoll。

1. epoll更加灵活，没有描述符限制。
2. epoll可以同时支持水平触发和边缘触发（Edge Triggered，只告诉进程哪些文件描述符刚刚变为就绪状态，它只说一遍，如果我们没有采取行动，那么它将不会再次告知，这种方式称为边缘触发），理论上边缘触发的性能要更高一些，但是代码实现相当复杂。
3. epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。
4. 另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。

如：epoll监控着100个socket，交给kernel去监测，如果kernel发现只有两个socket有数据，那么kernel会告诉用户具体是哪一个socket有数据，只需要循环去这两个活跃的socket中收取数据，节省了这部分的开销。

　　注：水平触发和边缘触发（Level Triggered and Edge Triggered）

　　水平触发Level Triggered：在kernel中数据准备好，处于ready的状态，如果进程没有对其进行IO操作，数据就还是在kernel中，只有进程再次发送一个recvfrom(system call)，触发后才会将kernel中的就绪的数据拷贝到用户内存中去。

　　边缘触发Edge Triggered：和水平触发相反，数据在kernel中ready后，如果进程没有对其进行IO操作，那么就不会再次return readable等信息给进程。数据还是在kernel中，并不会到用户内存中去。

3.epoll的缺点

仅在支持2.6内核的平台中支持。

Windows 不支持epoll，支持select。

四、select的代码实现

需求：用select实现一个简单的socketserver，可以实现多并发。