select原理概述

　　調(diào)用select時(shí)，會(huì)發(fā)生以下事情：

　　1.從用戶空間拷貝fd_set到內(nèi)核空間；

　　2.注冊(cè)回調(diào)函數(shù)__pollwait；

　　3.遍歷所有fd，對(duì)全部指定設(shè)備做一次poll（這里的poll是一個(gè)文件操作，它有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是文件fd本身，一個(gè)是當(dāng)設(shè)備尚未就緒時(shí)調(diào)用的回調(diào)函數(shù)__pollwait，這個(gè)函數(shù)把設(shè)備自己特有的等待隊(duì)列傳給內(nèi)核，讓內(nèi)核把當(dāng)前的進(jìn)程掛載到其中）；

　　4.當(dāng)設(shè)備就緒時(shí)，設(shè)備就會(huì)喚醒在自己特有等待隊(duì)列中的【所有】節(jié)點(diǎn)，于是當(dāng)前進(jìn)程就獲取到了完成的信號(hào)。poll文件操作返回的是一組標(biāo)準(zhǔn)的掩碼，其中的各個(gè)位指示當(dāng)前的不同的就緒狀態(tài)（全0為沒(méi)有任何事件觸發(fā)），根據(jù)mask可對(duì)fd_set賦值；

　　5.如果所有設(shè)備返回的掩碼都沒(méi)有顯示任何的事件觸發(fā)，就去掉回調(diào)函數(shù)的函數(shù)指針，進(jìn)入有限時(shí)的睡眠狀態(tài)，再恢復(fù)和不斷做poll，再作有限時(shí)的睡眠，直到其中一個(gè)設(shè)備有事件觸發(fā)為止。

　　6.只要有事件觸發(fā)，系統(tǒng)調(diào)用返回，將fd_set從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間，回到用戶態(tài)，用戶就可以對(duì)相關(guān)的fd作進(jìn)一步的讀或者寫操作了。

　　epoll原理概述

　　調(diào)用epoll_create時(shí)，做了以下事情：

　　1.內(nèi)核幫我們?cè)趀poll文件系統(tǒng)里建了個(gè)file結(jié)點(diǎn)；

　　2.在內(nèi)核cache里建了個(gè)紅黑樹用于存儲(chǔ)以后epoll_ctl傳來(lái)的socket；

　　3.建立一個(gè)list鏈表，用于存儲(chǔ)準(zhǔn)備就緒的事件。

　　調(diào)用epoll_ctl時(shí)，做了以下事情：

　　1.把socket放到epoll文件系統(tǒng)里file對(duì)象對(duì)應(yīng)的紅黑樹上；

　　2.給內(nèi)核中斷處理程序注冊(cè)一個(gè)回調(diào)函數(shù)，告訴內(nèi)核，如果這個(gè)句柄的中斷到了，就把它放到準(zhǔn)備就緒list鏈表里。

　　調(diào)用epoll_wait時(shí)，做了以下事情：

　　觀察list鏈表里有沒(méi)有數(shù)據(jù)。有數(shù)據(jù)就返回，沒(méi)有數(shù)據(jù)就sleep，等到timeout時(shí)間到后即使鏈表沒(méi)數(shù)據(jù)也返回。而且，通常情況下即使我們要監(jiān)控百萬(wàn)計(jì)的句柄，大多一次也只返回很少量的準(zhǔn)備就緒句柄而已，所以，epoll_wait僅需要從內(nèi)核態(tài)copy少量的句柄到用戶態(tài)而已。

　　總結(jié)如下：

　　一顆紅黑樹，一張準(zhǔn)備就緒句柄鏈表，少量的內(nèi)核cache，解決了大并發(fā)下的socket處理問(wèn)題。

　　執(zhí)行epoll_create時(shí)，創(chuàng)建了紅黑樹和就緒鏈表；

　　執(zhí)行epoll_ctl時(shí)，如果增加socket句柄，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則添加到樹干上，然后向內(nèi)核注冊(cè)回調(diào)函數(shù)，用于當(dāng)中斷事件來(lái)臨時(shí)向準(zhǔn)備就緒鏈表中插入數(shù)據(jù);

　　執(zhí)行epoll_wait時(shí)立刻返回準(zhǔn)備就緒鏈表里的數(shù)據(jù)即可。

　　兩種模式的區(qū)別：

　　LT模式下，只要一個(gè)句柄上的事件一次沒(méi)有處理完，會(huì)在以后調(diào)用epoll_wait時(shí)重復(fù)返回這個(gè)句柄，而ET模式僅在第一次返回。

　　兩種模式的實(shí)現(xiàn)：

　　當(dāng)一個(gè)socket句柄上有事件時(shí)，內(nèi)核會(huì)把該句柄插入上面所說(shuō)的準(zhǔn)備就緒list鏈表，這時(shí)我們調(diào)用epoll_wait，會(huì)把準(zhǔn)備就緒的socket拷貝到用戶態(tài)內(nèi)存，然后清空準(zhǔn)備就緒list鏈表，最后，epoll_wait檢查這些socket，如果是LT模式，并且這些socket上確實(shí)有未處理的事件時(shí)，又把該句柄放回到剛剛清空的準(zhǔn)備就緒鏈表。所以，LT模式的句柄，只要它上面還有事件，epoll_wait每次都會(huì)返回。

　　select的幾大缺點(diǎn)：

　?。?）每次調(diào)用select，都需要把fd集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)，這個(gè)開銷在fd很多時(shí)會(huì)很大

　?。?）同時(shí)每次調(diào)用select都需要在內(nèi)核遍歷傳遞進(jìn)來(lái)的所有fd，這個(gè)開銷在fd很多時(shí)也很大

　?。?）select支持的文件描述符數(shù)量太小了，默認(rèn)是1024

　　epoll

　　epoll既然是對(duì)select和poll的改進(jìn)，就應(yīng)該能避免上述的三個(gè)缺點(diǎn)。那epoll都是怎么解決的呢？在此之前，我們先看一下epoll和select和poll的調(diào)用接口上的不同，select和poll都只提供了一個(gè)函數(shù)——select或者poll函數(shù)。而epoll提供了三個(gè)函數(shù)，epoll_create，epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是創(chuàng)建一個(gè)epoll句柄；epoll_ctl是注冊(cè)要監(jiān)聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產(chǎn)生。

　　對(duì)于第一個(gè)缺點(diǎn)，epoll的解決方案在epoll_ctl函數(shù)中。每次注冊(cè)新的事件到epoll句柄中時(shí)（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會(huì)把所有的fd拷貝進(jìn)內(nèi)核，而不是在epoll_wait的時(shí)候重復(fù)拷貝。epoll保證了每個(gè)fd在整個(gè)過(guò)程中只會(huì)拷貝一次。

　　對(duì)于第二個(gè)缺點(diǎn)，epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對(duì)應(yīng)的設(shè)備等待隊(duì)列中，而只在epoll_ctl時(shí)把current掛一遍（這一遍必不可少）并為每個(gè)fd指定一個(gè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng)設(shè)備就緒，喚醒等待隊(duì)列上的等待者時(shí)，就會(huì)調(diào)用這個(gè)回調(diào)函數(shù)，而這個(gè)回調(diào)函數(shù)會(huì)把就緒的fd加入一個(gè)就緒鏈表）。epoll_wait的工作實(shí)際上就是在這個(gè)就緒鏈表中查看有沒(méi)有就緒的fd（利用schedule_timeout（）實(shí)現(xiàn)睡一會(huì)，判斷一會(huì)的效果，和select實(shí)現(xiàn)中的第7步是類似的）。

　　對(duì)于第三個(gè)缺點(diǎn)，epoll沒(méi)有這個(gè)限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數(shù)目，這個(gè)數(shù)字一般遠(yuǎn)大于2048，舉個(gè)例子，在1GB內(nèi)存的機(jī)器上大約是10萬(wàn)左右，具體數(shù)目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)數(shù)目和系統(tǒng)內(nèi)存關(guān)系很大。

　　對(duì)比

　　select缺點(diǎn)：

　　最大并發(fā)數(shù)限制：使用32個(gè)整數(shù)的32位，即32*32=1024來(lái)標(biāo)識(shí)fd，雖然可修改，但是有以下第二點(diǎn)的瓶頸；

　　效率低：每次都會(huì)線性掃描整個(gè)fd_set，集合越大速度越慢；

　　內(nèi)核/用戶空間內(nèi)存拷貝問(wèn)題。

　　epoll的提升：

　　本身沒(méi)有最大并發(fā)連接的限制，僅受系統(tǒng)中進(jìn)程能打開的最大文件數(shù)目限制；

　　效率提升：只有活躍的socket才會(huì)主動(dòng)的去調(diào)用callback函數(shù)；

　　省去不必要的內(nèi)存拷貝：epoll通過(guò)內(nèi)核與用戶空間mmap同一塊內(nèi)存實(shí)現(xiàn)。

　　當(dāng)然，以上的優(yōu)缺點(diǎn)僅僅是特定場(chǎng)景下的情況：高并發(fā)，且任一時(shí)間只有少數(shù)socket是活躍的。