文章目录
- 一、select系统调用
- 1.1、文件描述符就绪条件（socket可读条件）
- 1.2、处理带外数据
- 二、poll系统调用
- 三、epoll系列系统调用
- 3.1、内核事件表
- 3.2、epoll_wait函数
- 3.3、LT和ET模式
- 3.4、EPOLLONESHOT事件
- 四、select、poll、epoll三组I/O复用函数比较
一、select系统调用
select系统调用的用途是：在一段指定时间以内，监听用户感兴趣的文件描述符上的可读、可写和异常事件。
#include <sys/select.h>
int select(int nfds,fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout);
nfds设置为被监听文件描述符的总数，即所有文件描述符中最大值加一。
readfds,writefds,exceptfds分别表示可读，可写，异常等事件的文件描述符集合，其类型fd_set仅包含一个整数数组，每个元素的每一位标记一个文件描述符，select中包含了以下宏来对fd_set进行操作。
#include<sys/select.h>
FD_ZERO(fd_set* fdset); //清除fdset的所有位
FD_SET(int fd, fd_set* fdset); //设置fdset的位fd
FD_CLR(int fd, fd_set* fdset); //清除fdset的位fd
int FD_ISSET(int fd, fd_set* fdset); //测试fdset的位fd是否被设置
timeout用来设置select函数的超时时间。其中用到了timeval结构体
struct timeval{long tv_sec; //秒数long tv_usec; //微秒数
}
select成功时返回就绪文件的文件描述符，如果超时返回0，失败时返回-1并设置error。如果在select等待期间，程序收到信号，select立即返回-1，并设置errno为EINTR。
1.1、文件描述符就绪条件（socket可读条件）
《Linux高性能服务器编程》P148
注：网络编程中select能处理的异常情况只有一种：socket上接收到带外数据。
1.2、处理带外数据
下面的代码描述了select是如何处理socket处于两种不同的就绪状态，即接收到普通数据处于可读状态和接收到带外数据处于异常状态。
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char* argv[]){if(argc <= 2){printf("usage:%s ip_address port_number/n", basename(argv[0]));return 1;}const char* ip = argv[1];int port = atoi(argv[2]);int ret = 0;struct sockaddr_in address; //新建一个ipv4的socket结构体bzero(&address, sizeof(address));address.sin_family = AF_INET; //设置ipv4地址族inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr); //将传进来的点分十进制转化为网络字节序表示的ip地址address.sin_port = htons(port); //将传进来的主机字节序转化为网络字节序int listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建一个使用ipv4协议的TCP连接socketassert(listenfd >= 0); //其值为假，则终止运行并弹出错误信息ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));//将address所指向的地址分配给文件描述符listenfdassert(ret != -1);ret = listen(listenfd, 5);//开始监听socket，监听队列长度为5assert(ret != -1);struct sockaddr_in client_address;//创建一个客户端的socket连接用来存储客户端的地址信息socklen_t client_addrlength = sizeof(client_address);int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addrlength);//接受listenfd和client_address的socket连接，并将相关信息保存下来//accept是从监听队列中取出连接，并且将连接的客户地址存在client_address。if(connfd < 0){printf("errno is: %d\n", errno);close(listenfd);}char buf[1024];fd_set read_fds;fd_set exception_fds;FD_ZERO(&read_fds);FD_ZERO(&exception_fds);while(1){memset(buf, '\0', sizeof(buf));FD_SET(connfd, &read_fds);FD_SET(connfd, &exception_fds);ret = select(connfd + 1, &read_fds, NULL, &exception_fds, NULL);if(ret < 0){printf("selection failure\n");break;}if(FD_ISSET(connfd, &read_fds)){ //read_fds中是否设置了connfd，是的话说明监听到了connfd上有可读事件ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0);if(ret <= 0) break;printf("get %d bytes of normal data: %s\n", ret, buf);}else if(FD_ISSET(connfd, &exception_fds)){//exception_fds中是否设置了connfd，是的话说明监听到了connfd上有异常事件ret = recv(connfd, buf, sizeof(buf) - 1, MSG_OOB);if(ret <= 0) break;printf("get %d bytes of oob data: %s\n", ret, buf);}close(connfd);close(listenfd);return 0;}
}
二、poll系统调用
poll系统调用是在指定时间内轮询一定数量的文件描述符，以测试其中是否有就绪者。
#include <poll.h>
int poll(struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout);
fds是一个pollfd类型的数组。它的定义如下：
struct pollfd{int fd; //文件描述符short events; //注册的事件short revents; //实际发生的事件，由内核填充
}
nfds参数指定了被监听事件集合fds的大小。
timeout参数指定了poll的超时值。当timeout为-1时，poll调用永远堵塞，直到某个事件发生，当timeout为0时，timeout立即返回。
三、epoll系列系统调用
3.1、内核事件表
epoll是linux特有的I/O复用函数，它与select，poll的差异在于：
epoll使用一组函数来完成任务而不是单个函数。epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核的一个事件表中，无须像select和poll一样每次调用都要传入文件描述符或者事件集。所以epoll需要一个文件描述符来唯一表示该内核事件表。
下面的函数用来创建内核事件表的文件描述符。
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size); //创建内核事件表的文件描述符
//size指定了内核事件表有多大
下面的函数用来操作epoll的内核事件表。
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);
//成功返回0，失败返回-1并设置errno
epfd指的是某个内核事件表的文件描述符
fd指的是要操作的文件描述符
op指定操作类型，有以下三种：EPOLL_CTL_ADD，往事件表中注册fd上的事件。EPOLL_CTL_MOD，修改fd上的注册事件。EPOLL_CTL_DEL，删除fd上的注册事件。
event指定事件，其定义为：
struct epoll_event{__uint32_t events; //epoll事件epoll_data_t data; //用户数据
}
typedef union epoll_data{void* ptr;int fd;uint32_t u32;uint64_t u63;
}epoll_data_t;
3.2、epoll_wait函数
这是epoll系统调用的主要接口，作用是在一段时间内等待一组文件描述符上的事件。
#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);
timeout的含义与poll的timeout含义相同。
maxevents指定最多监听多少个事件，必须大于0 。
epoll_wait如果检测到事件，就将所有的就绪事件从内核事件表中取出并复制到第二个参数events指向的数组中。它不像select和poll的数组参数既用于传入用户注册的事件，又用于输出内核检测到的事件，这就极大的提高了应用程序索引就绪文件描述符的效率。
3.3、LT和ET模式
epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（Level Trigger，电平触发）和ET（Edge Trigger，边沿触发）两种模式。LT模式是默认的工作模式，相当于一个效率较高的poll。ET模式是epoll的高效工作模式。
对于采用LT模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件。这样，当应用程序下一次调用epoll_wait时，epoll_wait还会再次向应用程序通告此事件，直到该事件被处理。
对于采用ET模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后， 应用程序必须立即处理该事件，因为后续的epoll_wait调用将不再向应用程序通知这一事件。
由此可见，ET模式相较于LT模式，减少了同一个epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。
- 注：每个使用
ET模式的文件描述符都应该是非阻塞的。如果文件描述符时阻塞的，那么读或写操作将会因为没有后续的事件而一直处于阻塞状态。
3.4、EPOLLONESHOT事件
EPOLLONESHOT事件可以实现一个socket连接在任一时刻都只被一个线程处理。对于注册了EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操作系统最多触发其上注册的一个可读、可写或者异常事件，且只触发一次，除非使用epoll_ctl函数重置该文件描述符上注册的EPOLLONESHOT事件。
所以，一旦注册了EPOLLONESHOT事件的socket被某个线程处理完毕，该线程就应该立即重置这个socket上的EPOLLONESHOT事件，以确保这个socket下次可读时，其EPOLLIN事件能被触发，从而让其他工作线程有机会继续处理这个socket。
四、select、poll、epoll三组I/O复用函数比较
| 系统调用 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 事件集合 | 用户通过三个参数分别传入感兴趣的可读、可写以及异常等事件，内核通过对这些参数的在线修改来反馈其中的就绪事件。这使得用户每次调用select都要重复这三个参数 | 统一处理所有事件类型，因此只需一个事件集参数，用户通过pollfd，events传入感兴趣的事件，内核通过修改pollfd，revents反馈其中的就绪事件 | 内核通过一个事件表直接管理用户感兴趣的所有事件。因此每次调用epoll，wait时，无须反复传入用户感兴趣的事件，epoll_wait系统调用的参数events仅用来反馈就绪的事件 |
| 应用程序索引就绪事件的事件复杂度 | O(n） | O(n） | O(1) |
| 最大支持文件描述符数量 | 一般有最大值限制 | 65535 | 65535 |
| 工作模式 | LT | LT | 支持ET高效率模式 |
| 内核实现和工作效率 | 采用轮询的方式来检测就绪事件，算法的时间复杂度为O(n） | 采用轮询的方式来检测就绪事件，算法的时间复杂度为O(n） | 采用回调的方式来检测就绪事件，算法的时间复杂度为O(1） |
)
 - 概述)
