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UNIX環境高級編程:select、poll和epoll

一、select

select目前幾乎在所有的平台上支持,其良好跨平台支持也是它的一個優點,事實上從現在看來,這也是它所剩不多的優點之一。

select的一個缺點在於單個進程能夠監視的文件描述符的數量存在最大限制,在Linux上一般為1024,不過可以通過修改宏定義甚至重新編譯內核的方式提升這一限制。

另外,select()所維護的存儲大量文件描述符的數據結構,隨著文件描述符數量的增大,其復制的開銷也線性增長。同時,由於網絡響應時間的延遲使得大量TCP連接處於非活躍狀態,但調用select()會對所有socket進行一次線性掃描,所以這也浪費了一定的開銷。

二、poll

poll和select同樣存在一個缺點就是,包含大量文件描述符的數組被整體復制於用戶態和內核的地址空間之間,而不論這些文件描述符是否就緒,它的開銷隨著文件描述符數量的增加而線性增大。

另外,select()和poll()將就緒的文件描述符告訴進程後,如果進程沒有對其進行IO操作,那麼下次調用select()和poll()的時候將再次報告這些文件描述符,所以它們一般不會丟失就緒的消息,這種方式稱為水平觸發(Level Triggered)。

三、epoll

直到Linux2.6才出現了由內核直接支持的實現方法,那就是epoll,它幾乎具備了之前所說的一切優點,被公認為Linux2.6下性能最好的多路I/O就緒通知方法。

epoll可以同時支持水平觸發和邊緣觸發(Edge Triggered,只告訴進程哪些文件描述符剛剛變為就緒狀態,它只說一遍,如果我們沒有采取行動,那麼它將不會再次告知,這種方式稱為邊緣觸發),理論上邊緣觸發的性能要更高一些,但是代碼實現相當復雜。

epoll同樣只告知那些就緒的文件描述符,而且當我們調用epoll_wait()獲得就緒文件描述符時,返回的不是實際的描述符,而是一個代表就緒描述符數量的值,你只需要去epoll指定的一個數組中依次取得相應數量的文件描述符即可,這裡也使用了內存映射(mmap)技術,這樣便徹底省掉了這些文件描述符在系統調用時復制的開銷。

另一個本質的改進在於epoll采用基於事件的就緒通知方式。在select/poll中,進程只有在調用一定的方法後,內核才對所有監視的文件描述符進行掃描,而epoll事先通過epoll_ctl()來注冊一個文件描述符,一旦基於某個文件描述符就緒時,內核會采用類似callback的回調機制,迅速激活這個文件描述符,當進程調用epoll_wait()時便得到通知。

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