select、poll、epoll的区别

选择器

select,poll和epoll其实都是操作系统中IO多路复用实现的方法。

select

select方法本质其实就是维护了一个文件描述符(fd)数组,以此为基础,实现IO多路复用的功能。这个fd数组有长度限制,在32位系统中,最大值为1024个,而在64位系统中,最
大值为2048个,这个配置可以调用。

select方法被调用,首先需要将fd_set从用户空间拷贝到内核空间,然后内核用poll机制(此poll机制非IO多路复用的那个poll方法,可参加附录)直到有一个fd活跃,或者超时了,方
法返回。

  • fd_set在用户空间和内核空间的频繁复制,效率低。
  • 单个进程可监控的fd数量有限制,无论是1024还是2048,对于很多情景来说都是不够用的。
  • 基于轮询来实现,效率低。

poll

poll本质上和select没有区别,依然需要进行数据结构的复制,依然是基于轮询来实现,但区别就是,select使用的是fd数组,而poll则是维护了一个链表,所以从理论上,poll方法中,单个进程能监听的fd不再有数量限制。但是轮询,复制等select存在的问题,poll依然存在。

epoll

epoll就是对select和poll的改进了。它的核心思想是基于事件驱动来实现的,实现起来也并不难,就是给每个fd注册一个回调函数,当fd对应的设备发生IO事件时,就会调用这个回调函数,将该fd放到一个链表中,然后由客户端从该链表中取出一个个fd,以此达到O(1)的时间复度。

epoll操作实际上对应着有三个函数:epoll_create,epoll_ctr,epoll_wait

epoll_create

相当于在内核中创建一个存放fd的数据结构。在select和poll方法中,内核都没有为fd准备存放其的数据结构,只是简单粗暴地把数组或者链表复制进来;而epoll则不一样,epoll_create会在内核建立一颗专门用来存放fd结点的红黑树,后续如果有新增的fd结点,都会注册到这个epoll红黑树上。

epoll_ctr

另一点不一样的是,select和poll会一次性将监听的所有fd都复制到内核中,而epoll不一样,当需要添加一个新的fd时,会调用epoll_ctr,给这个fd注册一个回调函数,然后将该fd结点注册到内核中的红黑树中。当该fd对应的设备活跃时,会调用该fd上的回调函数,将该结点存放在一个就绪链表中。这也解决了在内核空间和用户空间之间进行来回复制的问题。

epoll_wait

epoll_wait的做法也很简单,其实直接就是从就绪链表中取结点,这也解决了轮询的问题,时间复杂度变成O(1)所以综合来说,epoll的优点有:

  • 没有最大并发连接的限制,远远比1024或者2048要大。(江湖传言1G的内存上能监听10W个端口)。
  • 效率变高。epoll是基于事件驱动实现的,不会随着fd数量上升而效率下降。
  • 减少内存拷贝的次数。
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