《Linux高性能服务器编程》学习笔记（九）--I/O复用

Dear 丶 2022-05-19 08:59 275阅读 0赞

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*  select函数
    
     *  函数参数详解
     *  函数用到的两个结构体fd\_set和fd\_array（图解）
     *  对fd\_set类型结构体操作的函数
 *  poll函数
    
     *  函数参数详解
     *  函数用到的两个结构体pollfd和fds（图解）
     *  pollfd类型结构体中events和revents的取值
 *  epoll函数
    
     *  epoll函数三部曲形参详解
     *  epoll三部曲函数用到的结构体和事件表（图解）
 *  select、poll、epoll函数的优缺点
    
     *  select
     *  poll
     *  epoll

# select函数 #

## 函数参数详解 ##

> `#include <sys/select.h>`  
> `int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);`  
> **1.形参（后四个参数均是输入输出型参数）：**  
> ①`nfds:`**被监听的文件描述符的总数，值一般设为所以文件描述符中最大的值+1**  
> ②`readfds:`**位图，每个值为1的位代表用户想让操作系统监听`是否具有读事件发生`的文件描述符**  
> ③`writefds:`**位图，每个值为1的位代表用户想让操作系统监听`是否具有写事件发生`的文件描述符**  
> ④`exceptfds:`**位图，每个值为1的位代表用户想让操作系统监听`是否具有异常事件发生`的文件描述符**  
> ⑤`timeout:`**超时时间，代表select函数将要等待的时间，也是一个输入输出型参数**  
> **2.返回值：`已有事件发生的文件描述符的个数`，从位图上看就是`fd_set结构体中已经被内核置1的位数`**

## 函数用到的两个结构体fd\_set和fd\_array（图解） ##

![这里写图片描述][70]

## 对fd\_set类型结构体操作的函数 ##

> `void FD_CLR(int fd, fd_set *set);`将set中fd对应的位，置0  
> `int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);`判断set中fd对应的位是否存在（即是否为1）  
> `void FD_SET(int fd, fd_set *set);`将set中fd对应的位，置1  
> `void FD_ZERO(fd_set *set);`将set中所有的位，置0

# poll函数 #

## 函数参数详解 ##

> `#include <poll.h>`  
> `int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);`  
> **1.形参（①和③是输入输出型参数）：**  
> ①`fds:`**数组，存储pollfd类型结构体**  
> ②`nfds:`**数组大小**  
> ③`timeout:`**超时时间，同select函数的timeout一样**  
> **2.返回值：同select一样**

## 函数用到的两个结构体pollfd和fds（图解） ##

![这里写图片描述][70 1]

## pollfd类型结构体中events和revents的取值 ##

> **POLLIN:数据（包括普通数据和优先数据）可读，可作为输入，可作为输出**  
> **POLLOUT:数据可写（包括普通数据和优先数据），可作为输入，可作为输出**  
> **POLLERR:错误，不可作为输入，可作为输出**  
> 还有其他的，在这不一一列举了

# epoll函数 #

## epoll函数三部曲形参详解 ##

> `#include <sys/epoll.h>`  
> `1.int epoll_create(int size);`  
> **1.形参：**  
> **`size:`表示想让内核知道创建一个事件表需要多大的空间**  
> **2.返回值：成功返回创建的事件表的文件描述符，失败返回-1**  
> `2.int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);`  
> **1.形参：**  
> ①**`epfd:`epoll\_create的返回值，事件表文件描述符**  
> ②**`op:`要执行的操作，包括下面三个选项：**  
> **`EPOLL_CTL_ADD` 给fd文件描述符添加event事件**  
> **`EPOLL_CTL_MOD` 将fd文件描述符上的事件修改成event事件**  
> **`EPOLL_CTL_DEL` 删除fd文件描述符上的事件，event参数写NULL**  
> ③**`fd:`想要操作事件的文件描述符**  
> ④**`event:`该结构体包括两个成员：**  
> **`events` 取值和poll函数中pollfd结构体中的events的取值一样，只不过是在前面加上’E’**  
> **`data` 该联合体有四个成员，最常用到`int fd`成员，存储事件所属的文件描述符fd**  
> **2.返回值：成功返回0，失败返回-1**  
> `3.int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);`  
> **1.形参：**  
> ①**`epfd:`epoll\_create的返回值，事件表文件描述符**  
> ②**`events:`用于存储事件表中所有已发生的事件，即输出型参数，它使得epoll大大提高了效率**  
> ③**`maxevents:`最多监听事件数量**  
> ④**`timeout:`同poll和select的timeout参数**  
> **2.返回值：同select一样**

## epoll三部曲函数用到的结构体和事件表（图解） ##

![这里写图片描述][70 2]  
![这里写图片描述][70 3]

# select、poll、epoll函数的优缺点 #

## select ##

> **优点：**  
> **相比较之前的一些IO函数，select函数是让操作系统监视多个文件描述符的状态变化；程序会阻塞在select函数这里，直到被监视的文件描述符有一个或多个发生了状态改变；用钓鱼来举例就是：以前我们是一人一根鱼竿，现在是一人多根鱼竿；以前只能干等一个，现在是只要多根鱼竿中任一个或多个有鱼上钩就可以收竿，这就大大提升了我们钓到鱼（获取到数据）的概率。**  
> **缺点：**  
> **①`★因为使用fd_set位图结构体对应文件描述符，所以能存储的文件描述符有上限，一般是1024`**  
> **②`★每次调用select，都需要把存放文件描述符的集合从用户态拷贝到内核态，开销很大`**  
> **③`★在内核态中，也需要对文件描述符集合进行遍历查找，因为是线性结构，所以时间复杂度是O(n)，随着文件描述符的增加，效率就会变低`**  
> **④select函数这个接口需要传的参数很多，并且都要先手动设置好后再传入，而且其中的输入输出型参数并未实现输入输出分离，因为还需要用户自己定义一块缓冲区存储原先的数据，从用户使用角度来说不太方便**

## poll ##

> **优点：**  
> **在select的基础上，改进了select的两个缺点：**  
> **①`取消了能存储的文件描述符上限，因为使用了数组`**  
> **②`实现了输入输出参数的分离，因为使用了events存储“用户注册的事件（用户手动设置）”，使用revents存储“已经发生了的事件（内核填充）”`**  
> **缺点：**  
> **同select函数的其他缺点一样**

## epoll ##

> **优点：**  
> **①`文件描述符数目无上限，底层使用红黑树存储，来一个插一个!`**  
> **②`红黑树保证了查找的效率，时间复杂度为O(log n)`**  
> **③因为`回调函数机制使得就绪队列里存储的都是已经就绪（即发生了事件）的文件描述符`，所以这保证了epoll\_wait函数返回时带出的events数组中全部都是已经就绪的文件描述符。这非常适用于`“链接多，活跃少”`的场景，比如QQ，游戏的创房机制等场景。**  
> **缺点：**  
> **几乎没有缺点，就我个人而言，像我这样的小菜鸡，我就觉得epoll唯一的缺点就是初学时比较难懂**

[Linux]: https://blog.csdn.net/w_y_x_y/article/details/81189105
[70]: /images/20220519/cc1c1fd34665404e8e5923dc6ab13841.png
[70 1]: /images/20220519/6a3ace1ae8b44bea8f7e769dc487b989.png
[70 2]: /images/20220519/eb3627de380e4e5aacf7f5c9f49357be.png
[70 3]: /images/20220519/2b52421b2d504e69baa79038ff2425e3.png