select、poll、epoll使用小結

轉載：http://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/7717125

Linux上可以使用不同的I/O模型，我們可以通過下圖了解常用的I/O模型：同步和異步模型，以及阻塞和非阻塞模型，本文主要分析其中的異步阻塞模型。


一、select使用

這個模型中配置的是非阻塞I/O,然后使用阻塞select系統調用來確定一個I/O描述符何時有操作。使用select調用可以為多個描述符提供通知，對于每個提示符，我們可以請求描述符的可寫，可讀以及是否發生錯誤。異步阻塞I/O的系統流程如下圖所示：


使用select常用的幾個函數如下：

[cpp]?view plaincopy
  1. FD_ZERO(int?fd,?fd_set*?fds)???
  2. FD_SET(int?fd,?fd_set*?fds)???
  3. FD_ISSET(int?fd,?fd_set*?fds)???
  4. FD_CLR(int?fd,?fd_set*?fds)???
  5. int?select(int?nfds,?fd_set?*readfds,?fd_set?*writefds,?fd_set?*exceptfds,?struct?timeval?*timeout)???
fd_set類型可以簡單的理解為按bit位標記句柄的隊列。具體的置位、驗證可以使用FD_SET,FD_ISSET等宏實現。在select函數中，readfds、writefds和exceptfds同時作為輸入參數和輸出參數，如果readfds標記了一個位置，則，select將檢測到該標記位可讀。timeout為設置的超時時間。

下面我們來看如何使用select：

[cpp]?view plaincopy
  1. SOCKADDR_IN?addrSrv;??
  2. int?reuse?=?1;??
  3. SOCKET?sockSrv,connsock;??
  4. SOCKADDR_IN?addrClient;??
  5. pool?pool;??
  6. int?len=sizeof(SOCKADDR);??
  7. /*創建TCP*/??
  8. sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);??
  9. /*地址、端口的綁定*/??
  10. ??
  11. addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);??
  12. addrSrv.sin_family=AF_INET;??
  13. addrSrv.sin_port=htons(port);??
  14. ??
  15. if(bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR))<0)??
  16. {??
  17. ????fprintf(stderr,"Failed?to?bind");??
  18. ????return?;??
  19. }??
  20. ??
  21. if(listen(sockSrv,5)<0)??
  22. {??
  23. ????fprintf(stderr,"Failed?to?listen?socket");??
  24. ????return?;??
  25. }??
  26. setsockopt(sockSrv,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const?char*)&reuse,sizeof(reuse));??
  27. init_pool(sockSrv,&pool);??
  28. while(1)??
  29. {??
  30. ????/*通過selete設置為異步模式*/??
  31. ????pool.ready_set=pool.read_set;??
  32. ????pool.nready=select(pool.maxfd+1,&pool.ready_set,NULL,NULL,NULL);??
  33. ????if(FD_ISSET(sockSrv,&pool.ready_set))??
  34. ????{??
  35. ????????connsock=accept(sockSrv,(SOCKADDR?*)&addrClient,&len);??
  36. ????????//loadDeal()/*連接處理*/??
  37. ????????//printf("test\n");??
  38. ????????add_client(connsock,&pool);//添加到連接池??
  39. ????}??
  40. ????/*檢查是否有事件發生*/??
  41. ????check_client(&pool);??
  42. }??
上面是一個服務器代碼的關鍵部分，設置為異步的模式，然后接受到連接將其添加到連接池中。監聽描述符上使用select，接受客戶端的連接請求，在check_client函數中，遍歷連接池中的描述符，檢查是否有事件發生。





二、poll使用

poll函數類似于select，但是其調用形式不同。poll不是為每個條件構造一個描述符集，而是構造一個pollfd結構體數組，每個數組元素指定一個描述符標號及其所關心的條件。定義如下：

[cpp]?view plaincopy
  1. #include?<sys/poll.h>??
  2. int?poll?(struct?pollfd?*fds,?unsigned?int?nfds,?int?timeout);??
  3. struct?pollfd?{??
  4. int?fd;?/*?file?descriptor?*/??
  5. short?events;?/*?requested?events?to?watch?*/??
  6. short?revents;?/*?returned?events?witnessed?*/??
  7. };??

每個結構體的events域是由用戶來設置，告訴內核我們關注的是什么，而revents域是返回時內核設置的，以說明對該描述符發生了什么事件。這點與select不同，select修改其參數以指示哪一個描述符準備好了。在《unix環境高級編程》中有一張events取值的表，如下：

POLLIN :可讀除高優級外的數據，不阻塞

POLLRDNORM：可讀普通數據，不阻塞

POLLRDBAND：可讀O優先數據，不阻塞

POLLPRI：可讀高優先數據，不阻塞

POLLOUT ：可寫普數據，不阻塞

POLLWRNORM：與POLLOUT相同

POLLWRBAND：寫非0優先數據，不阻塞

其次revents還有下面取值

POLLERR ：已出錯

POLLHUP：已掛起，當以描述符被掛起后，就不能再寫向該描述符，但是仍可以從該描述符讀取到數據。

POLLNVAL：此描述符并不引用一打開文件

對poll函數，nfds表示fds中的元素數，timeout為超時設置，單位為毫秒若為0，表示不等待，為-1表示描述符中一個已經準備好或捕捉到一個信號返回，大于0表示描述符準備好，或超時返回。函數返回值返回值若為0，表示沒有事件發生，-1表示錯誤，并設置errno，大于0表示有幾個描述符有事件。

poll的使用和select基本類似。在此不再介紹。poll相對于是select的優勢是監聽的描述符數量沒有限制。

三、epoll學習

epoll有兩種模式,Edge Triggered(簡稱ET) 和 Level Triggered(簡稱LT).在采用這兩種模式時要注意的是,如果采用ET模式,那么僅當狀態發生變化時才會通知,而采用LT模式類似于原來的select/poll操作,只要還有沒有處理的事件就會一直通知.

1）epoll數據結構介紹：

[cpp]?view plaincopy
  1. typedef?union?epoll_data??
  2. {??
  3. ??void????????*ptr;??
  4. ??int??????????fd;??
  5. ??__uint32_t???u32;??
  6. ??__uint64_t???u64;??
  7. }?epoll_data_t;??
  8. ??
  9. struct?epoll_event??
  10. {??
  11. ??__uint32_t???events;?/*?Epoll?events?*/??
  12. ??epoll_data_t?data;???/*?User?data?variable?*/??
  13. };??
常見的事件如下：

EPOLLIN：表示對描述符的可以讀

EPOLLOUT：表示對描述符的可以寫

EPOLLPRI：表示對描述符的有緊急數據可以讀

EPOLLERR：發生錯誤

EPOLLHUP：掛起

EPOLLET：邊緣觸發

EPOLLONESHOT：一次性使用，當監聽完這次事件之后，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列里

2）函數介紹

epoll的三個函數

[cpp]?view plaincopy
  1. int?epoll_creae(int?size);??
功能：該函數生成一個epoll專用的文件描述符

參數：size為epoll上能關注的最大描述符數

[cpp]?view plaincopy
  1. int?epoll_ctl(int?epfd,?int?op,?int?fd,?struct?epoll_event?*event);??
功能：用于控制某個epoll文件描述符時間，可以注冊、修改、刪除

參數：epfd由epoll_create生成的epoll專用描述符

? ? op操作：EPOLL_CTL_ADD 注冊 ? EPOLL_CTL_MOD修改 ?EPOLL_DEL刪除

? ? ? ? ? ? fd：關聯的文件描述符

? ? evnet告訴內核要監聽什么事件

[cpp]?view plaincopy
  1. int?epoll_wait(int?epfd,struct?epoll_event*events,int?maxevents,int?timeout);??
功能：該函數等待i/o事件的發生。

參數：epfd要檢測的句柄

? ? ?events：用于回傳待處理時間的數組

? ? ?maxevents：告訴內核這個events有多大，不能超過之前的size

? ? ?timeout：為超時時間

使用方法參考：https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/epoll-example.c


epoll支持的FD上限是最大可以打開文件的數目（select面臨這樣的問題），IO效率不隨FD數目增加而線性下降（select、poll面臨的問題）使用mmap加速內核與用戶空間的消息傳遞。現在libevent封裝了幾種的實現，可以通過使用libevent來實現多路復用。


?本文參考：https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/

? ?http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-edntwk/index.html?ca=drs-

? ? ? ? ? ? ?http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-async/


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