网络: 多路复用

• 概念: 多路复用: 一种通信传输技术, 使多条数据流或信号共享同一传输介质
• 网络中的多路复用: 一个进程能够同时监控多个文件描述符的IO事件

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特点

select

缺点

• 设置关注文件描述符的结构是位图, 有数量限制1024
• fdset无法复用, 每次循环必须重新创建
• 频繁的用户态和内核态拷贝, 性能开销大
• 检查关注的fd, 已就绪的fd都需要遍历. O(n)轮询的时间复杂度

poll

优点

• pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，只需要被初始化一次
• 采用结构体, 解决select文件描述符1024的个数限制

缺点

• 仍然存在频繁的用户态和内核态拷贝, 性能开销大
• 检查关注的fd, 已就绪的fd仍需要遍历. O(n)轮询的时间复杂度

epoll

优点

• 检查就绪的文件描述符更快(为O(1), 就绪队列结构)
• 不用频繁的在用户态和内核态之间拷贝(红黑树 + 双链表, 会记录要关注的fd和就绪的fd). 相比于select不用老是传递之前的文件描述符

缺点

• 内核要维护红黑树 + 双链表(更占内存)
• 当要监听的文件描述符较少时, 其速度不一定比poll快

epoll触发机制

• LT(水平触发): 只要底层有事件就绪且没被取走, 就会一直通知上层
• ET(边缘触发): 只有就绪事件变化的时候, 才会通知上层(且只通知一次)

原理

select

• 将关注的所有fd, 一次性从用户态拷贝到内核态
• 在内核态中遍历每个fd, 检测是否有数据到达
• 将所有fd状态从内核态拷贝回用户态, 并返回就绪fd个数
• 用户态遍历所有fd, 找到已就绪的fd, 然后进行事件处理

poll

• 将当前进程所有的为你教案描述符, 一次性从用户态拷贝到内核态
• 在内核中快速的无差别遍历每个fd, 判断是否有数据达到
• 将所有fd状态, 从内核态拷贝到用户态, 并返回已就绪fd个数
• 在用户态遍历判断具体哪个fd就绪, 然后进行时间处理

epoll

• 和select,poll类似, 但在内核维护了红黑树 + 双链表且使用回调机制减少了select的缺点

操作

• select

头文件: <sys/select.h>

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

nfds   : 需要监视的最大的文件描述符值+1. (用来确定遍历范围)
read   : 可读文件描述符的集合
write  : 可写文件描述符的集合
except : 异常文件描述符的集合
timeout: 超时时间(若超过该时间, 还没有事件就绪就返回) 
         NULL: 一直阻塞
         0: 不阻塞
    

fd_set系列

void FD_ZERO(fd_set *set);              // 用来清除描述词组set的全部位
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);       // 用来清除描述词组set中相关fd的位
void FD_SET(int fd, fd_set *set);       // 用来设置描述词组set中相关fd的位
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);      // 用来测试描述词组set中相关fd的位是否为真

• poll

头文件: <poll.h>

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

struct pollfd {
    int fd;         //文件描述符
    short events;   //监听事件集合
    short revents;  //返回事件集合
};
 
nfds: fds数组的长度
timeout: 超时时间

events与revents的取值

• epoll

epoll_create

函数  : epoll_create(size_t size);
功能  : 创建一个epoll模型
返回值: 用一个数表示这个epoll
参数  : size: 文件描述符个数
注    : 但自从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的
        用完之后, 必须调用close()关闭

epoll_ctl

函数:int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能:注册要监听的事件类型
 
epfd : epoll_create()的返回值(epoll的句柄)
fd   : 需要监听的fd
event: 告诉内核需要监听什么事
op   : 用三个宏来表示
       EPOLL_CTL_ADD ：注册新的fd到epfd中；
       EPOLL_CTL_MOD ：修改已经注册的fd的监听事件；
       EPOLL_CTL_DEL ：从epfd中删除一个fd；

epoll_wait

int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents, nt timeout);
功能: 收集在epoll监控的事件中已经发送的事件
 
events   :分配好的epoll_event结构体数组.
maxevents: 告诉内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size.
timeout  : 超时时间(0会立即返回，-1是永久阻塞)
 
返回值:
      成功 :返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目
      0    :表示已超时
      小于0:表示函数失败
 
 
epoll将会把发生的事件赋值到events数组中 
events不可以是空指针,内核只负责把数据复制到这个events数组中,不会去帮助我们在用户态中分配内存