select/poll/epoll對比分析

select/poll/epoll都是IO多路復用機制，可以同時監控多個描述符，當某個描述符就緒(讀或寫就緒)，則立刻通知相應程序進行讀或寫操作。本質上select/poll/epoll都是同步I/O，即讀寫是阻塞的。

一、select

原型：

int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

從select函數監控3類文件描述符：writefds、readfds、exceptfds。調用select函數後會阻塞，直到描述符准備就緒（有數據可讀、可寫、或者出現異常）或者超時，函數便返回。當select函數返回後，可以通過遍歷描述符集合，找到就緒的描述符。

select缺點

• 單進程能夠監控的文件描述符的數量存在最大限制，在Linux上一般為1024，可以通過修改宏定義增大上限，但同樣存在效率低的弱勢;
• IO效隨著監視的描述符數量的增長，其效率也會線性下降;

二、poll

原型：

int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);

其中pollfd表示監視的描述符集合，如下

struct pollfd {
    int fd; //文件描述符
    short events; //監視的請求事件
    short revents; //已發生的事件
};

pollfd結構包含了要監視的event和發生的event，並且pollfd並沒有最大數量限制（但數量過大同樣會導致性下降）。 和select函數一樣，當poll函數返回後，可以通過遍歷描述符集合，找到就緒的描述符。

從上面看，select和poll都需要在返回後，通過遍歷文件描述符來獲取已經就緒的socket。事實上，同時連接的大量客戶端在一時刻可能只有很少的處於就緒狀態，因此隨著監視的描述符數量的增長，其效率也會線性下降。

三、epoll

epoll是在2.6內核中提出的，是select和poll的增強版。相對於select和poll來說，epoll更加靈活，沒有描述符數量限制。epoll使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶空間的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內核空間的copy只需一次。epoll機制是Linux最高效的I/O復用機制，在一處等待多個文件句柄的I/O事件。

select/poll都只有一個方法，而epoll的操作過程有3個方法，分別是epoll_create()， epoll_ctl()，epoll_wait()。

3.1 epoll_create()

int epoll_create(int size)；

用於創建一個epoll的句柄，size是指監聽的描述符個數， 現在內核支持動態擴展，該值的意義僅僅是初次分配的fd個數，後面空間不夠時會動態擴容。 當創建完epoll句柄後，占用一個fd值.

ls /proc/<pid>/fd/  //可通過終端執行，看到該fd

使用完epoll後，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。

3.2 epoll_ctl()

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；

用於對需要監聽的文件描述符(fd)執行op操作，比如將fd加入到epoll句柄。

• epfd：是epoll_create()的返回值；
• op：表示op操作，用三個宏來表示，分別代表添加、刪除和修改對fd的監聽事件；
  • EPOLL_CTL_ADD(添加)
  • EPOLL_CTL_DEL(刪除)
  • EPOLL_CTL_MOD（修改）
• fd：需要監聽的文件描述符；

• epoll_event：需要監聽的事件，struct epoll_event結構如下：

    struct epoll_event {
      __uint32_t events;  /* Epoll事件 */
      epoll_data_t data;  /*用戶可用數據*/
    };
  

  events可取值：(表示對應的文件描述符的操作)

  • EPOLLIN ：可讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
  • EPOLLOUT：可寫；
  • EPOLLERR：錯誤；
  • EPOLLHUP：中斷；
  • EPOLLPRI：高優先級的可讀（這裡應該表示有帶外數據到來）；
  • EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發模式，這是相對於水平觸發來說的。
  • EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後就不再監聽該事件

3.3 epoll_wait()

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

• epfd：等待epfd上的io事件，最多返回maxevents個事件；
• events：用來從內核得到事件的集合；
• maxevents：events數量，該maxevents值不能大於創建epoll_create()時的size；
• timeout：超時時間（毫秒，0會立即返回）。

該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。

四、對比

在 select/poll中，進程只有在調用一定的方法後，內核才對所有監視的文件描述符進行掃描，而epoll事先通過epoll_ctl()來注冊一個文件描述符，一旦基於某個文件描述符就緒時，內核會采用類似callback的回調機制，迅速激活這個文件描述符，當進程調用epoll_wait() 時便得到通知。(此處去掉了遍歷文件描述符，而是通過監聽回調的的機制。這正是epoll的魅力所在。)

epoll優勢

1. 監視的描述符數量不受限制，所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看，一般來說這個數目和系統內存關系很大，以3G的手機來說這個值為20-30萬。

2. IO效率不會隨著監視fd的數量增長而下降。epoll不同於select和poll輪詢的方式，而是通過每個fd定義的回調函數來實現的，只有就緒的fd才會執行回調函數。

如果沒有大量的idle-connection或者dead-connection，epoll的效率並不會比select/poll高很多，但是當遇到大量的idle-connection，就會發現epoll的效率大大高於select/poll。