多路复用之select,poll,epoll

一、什么是多路复用

这个还是很好说清楚的。

假设你是一个机场的空管, 你需要管理到你机场的所有的航线, 包括进港,出港, 有些航班需要放到停机坪等待,有些航班需要去登机口接乘客。

你会怎么做?

最简单的做法,就是你去招一大批空管员,然后每人盯一架飞机, 从进港,接客,排位,出港,航线监控,直至交接给下一个空港,全程监控。

那么问题就来了:

  • 很快你就发现空管塔里面聚集起来一大票的空管员,交通稍微繁忙一点,新的空管员就已经挤不进来了。
  • 空管员之间需要协调,屋子里面就1, 2个人的时候还好,几十号人以后 ,基本上就成菜市场了。
  • 空管员经常需要更新一些公用的东西,比如起飞显示屏,比如下一个小时后的出港排期,最后你会很惊奇的发现,每个人的时间最后都花在了抢这些资源上。

现实上我们的空管同时管几十架飞机稀松平常的事情, 他们怎么做的呢?

他们用这个东西

这个东西叫flight progress strip。 每一个块代表一个航班,不同的槽代表不同的状态,然后一个空管员可以管理一组这样的块(一组航班),而他的工作,就是在航班信息有新的更新的时候,把对应的块放到不同的槽子里面。

这个东西现在还没有淘汰哦,只是变成电子的了而已。。

是不是觉得一下子效率高了很多,一个空管塔里可以调度的航线可以是前一种方法的几倍到几十倍。

如果你把每一个航线当成一个Sock(I/O 流), 空管当成你的服务端Sock管理代码的话。

  • 第一种方法就是最传统的多进程并发模型 (每进来一个新的I/O流会分配一个新的进程管理。)
  • 第二种方法就是I/O多路复用 (单个线程,通过记录跟踪每个I/O流(sock)的状态,来同时管理多个I/O流 。)

 

总结:

先讲一下I/O模型:
首先,输入操作一般包含两个步骤:

其次了解一下常用的3种I/O模型:

1、阻塞I/O模型

最广泛的模型是阻塞I/O模型,默认情况下,所有套接口都是阻塞的。 进程调用recvfrom系统调用,整个过程是阻塞的,直到数据复制到进程缓冲区时才返回(当然,系统调用被中断也会返回)。

2、非阻塞I/O模型

当我们把一个套接口设置为非阻塞时,就是在告诉内核,当请求的I/O操作无法完成时,不要将进程睡眠,而是返回一个错误。当数据没有准备好时,内核立即返回EWOULDBLOCK错误,第四次调用系统调用时,数据已经存在,这时将数据复制到进程缓冲区中。这其中有一个操作时轮询(polling)。

3、I/O复用模型

此模型用到select和poll函数,这两个函数也会使进程阻塞,select先阻塞,有活动套接字才返回,但是和阻塞I/O不同的是,这两个函数可以同时阻塞多个I/O操作,而且可以同时对多个读操作,多个写操作的I/O函数进行检测,直到有数据可读或可写(就是监听多个socket)。select被调用后,进程会被阻塞,内核监视所有select负责的socket,当有任何一个socket的数据准备好了,select就会返回套接字可读,我们就可以调用recvfrom处理数据。
正因为阻塞I/O只能阻塞一个I/O操作,而I/O复用模型能够阻塞多个I/O操作,所以才叫做多路复用。

参考:https://www.cnblogs.com/52php/p/5684594.html

 

二、select, poll, epoll 都是I/O多路复用的具体的实现

具体实现参考:

https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/50979090

三、总结

1、select有四个缺点:

1)最大并发数限制,因为一个进程所打开的FD(文件描述符)是有限制的,由FD_SETSIZE设置(可以查看深入解析为何select最多只能监听1024个),默认值是1024/2048,因此Select模型的最大并发数就被相应限制了。用户可以自己修改FD_SETSIZE,然后重新编译,但是其实,并不推荐这么做
2)效率问题:select每次调用都会线性扫描全部的FD集合,这样效率就会呈现线性下降

3)内核/用户空间 内存拷贝问题,如何让内核把FD消息通知给用户空间呢?在这个问题上select采取了内存拷贝方法。

4)select 不是线程安全的

2、poll只解解决了select最大并发数的问题

3、epoll

1)没有最大并发数限制

2)每个FD都会分配一个回调函数,如果FD准备就绪,触发回调函数加入一个就绪队列,epoll只对就绪队列扫描。

3)使用共享内存

4)线程安全

select,poll实现需要自己不断轮询所有fd集合,直到设备就绪,期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表,期间也可能多次睡眠和唤醒交替,但是它是设备就绪时,调用回调函数,把就绪fd放入就绪链表中,并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替,但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合,而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了,这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。

select,poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次,并且要把current往设备等待队列中挂一次,而epoll只要一次拷贝,而且把current往等待队列上挂也只挂一次(在epoll_wait的开始,注意这里的等待队列并不是设备等待队列,只是一个epoll内部定义的等待队列)。这也能节省不少的开销。
 

 

最清楚的讲解:

https://blog.csdn.net/u011671986/article/details/79449853

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