linux中select、poll、epoll原理详解
1. 引言
1.1 背景和意义
1.2 结构概述
1.3 目的
2. select原理详解
2.1 基本概念
2.2 使用方法
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2.3 应用场景
3. poll原理详解
3.1 基本概念
3.2 使用方法
3.3 应用场景
4. epoll原理详解
4.1 基本概念
4.2 使用方法
4.3 应用场景
5. 结论
5.1 对比分析选择合适的IO多路复用器
5.2 总结与展望
引言
1.1 背景和意义
在计算机网络编程中，同时监听多个文件描述符的可读、可写和异常事件是一项基本任务。为了高效地处理这些事件，Linux提供了三种IO多路复用器：select、poll和epoll。它们允许程序通过一次系统调用就能同时监听多个文件描述符，并在有可读、可写或异常事件发生时进行相应的处理。
使用IO多路复用器可以避免使用阻塞式IO或者轮询方式造成的性能损失，提高了程序的效率和响应速度。尤其对于具有大量并发连接的服务器程序来说，选择合适的IO多路复用器可以极大地提升系统性能。
1.2 结构概述
本文将详细解析Linux中三种IO多路复用器的原理和使用方法，包括select、poll和epoll。对于每种IO多路复用器，我们将介绍其基本概念、使用方法以及适用场景。
通过深入理解这些IO多路复用器的工作原理，我们可以更好地掌握它们的特点及优缺点，并根据实际需求选择合适的方式来进行网络编程。
1.3 目的
本文旨在帮助读者全面了解Linux中select、poll和epoll的原理和使用方法，以及它们在网络编程中的应用场景。在深入理解这些IO多路复用器的基础上，读者可以根据实际需求灵活选择合适的IO多路复用器，提升程序的性能和可扩展性。
在接下来的文章中，我们将逐一介绍select、poll和epoll的原理详解、使用方法和应用场景，并进行对比分析，最后总结归纳各种IO多路复用器的特点及适用情况。
2. select原理详解
2.1 基本概念
在Linux系统中，select是一种常用的I/O多路复用机制，它可以监视多个文件描述符的状态是否满足某种条件，在有一或多个文件描述符就绪时通知进程进行相应的 I/O操作。它是一个同步I/O模型。select通过遍历所有的待检测文件描述符，在内核中轮询这些文件描述符是否处于可读、可写或异常等状态，从而实现对这些IO事件的监听。
select函数的原型如下：
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)
•nfds: 所要检测的所有文件描述符中最大值加1，即最大文件描述符数加1。
•readfds: 是一个位掩码数组，每个位标识着相应的文件描述符是否需要等待可读事件。
•writefds: 是一个位掩码数组，每个位标识着相应的文件描述符是否需要等待可写事件。
•exceptfds: 是一个位掩码数组，每个位标识着相应的文件描述符是否需要等待异常事件。
•timeout: 是超时时间，用来设置select函数阻塞等待时间。
当调用select函数时，会将要监视的文件描述符信息传递给内核，并阻塞在这里等待特定事件的发生。当监视的文件描述符集合中有文件描述符就绪时，select函数返回，同时把状态从内核空间复制到用户空间。
2.2 使用方法
使用select函数需要进行以下几个步骤：
1.清空文件描述符集合：首先要对fd_set数组进行初始化，并清空所有的位掩码。
2.设置需要监听的文件描述符：把待监听的文件描述符设置到相应的fd_set数组中。
3.调用select函数：将所要检测的文件描述符集合、超时时间作为参数传递给select函数。
4.检查返回值：若返回值大于0，则表示有就绪事件发生，可以通过遍历判断哪些文件描述符就绪，并进行相应操作；若返回值等于0，则表示超时时间到期；若返回值小于0，则表示出错。
2.3 应用场景
select在早期被广泛使用，在新版本的Linux内核中仍然存在一些局限性。但它在某些特定场景下仍然具有一定优势，例如：
5.多个套接字连接需处理：当存在多个网络连接需要处理时，可以利用select来同时监视多个套接字是否可读、可写或异常。
6.同步I/O模型需求：由于select是同步I/O模型，适合单线程环境下进行I/O操作调度。
7.并发连接数较小的情况：对于并发连接数不多的情况下，select是一种简单、可靠且高效的解决方案。
然而，随着网络应用和操作系统的发展，多路IO复用机制也在不断改进。后续介绍的poll和epoll就是为了克服select中存在的一些限制而设计的新机制。
3. poll原理详解
3.1 基本概念
poll是一种IO多路复用机制，用于监视多个文件描述符的状态变化。它与select类似，但在处理大量文件描述符时性能更好。
在Linux中，poll函数通过调用系统调用将进程挂起，直到任一指定的文件描述符上发生事件或超时。当文件描述符上有可读、可写或异常等事件发生时，poll函数会返回，并通过修改事件数据结构来通知进程发生了哪些事件。
基本原理是将所有要监视的文件描述符放入一个队列中，并利用操作系统提供的机制来监
听这个队列。当其中任何一个文件描述符上有就绪事件时，就可以通过遍历整个队列来获取相应的信息。
3.2 使用方法
使用poll需要以下几个步骤： 1. 创建并初始化一个 struct pollfd 数组，并设置每个元素对应的文件描述符和监视的事件。 2. 调用 poll(pollfdarray, nfds, timeout) 函数进行阻塞等待。 - pollfdarray: 指向要监视的 struct pollfd 数组。 - nfds: 数组中元素的数量。 - timeout: 在没有就绪事件发生时的超时时间（以毫秒为单位），传入 -1 表示永久阻塞，传入 0 表示立即返回。 3. 遍历 pollfdarray 数组，查看每个元素的 revents 字段，该字段表示相应文件描述符上发生的事件类型。

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