回答思路
得分点 概念、select、poll、epoll 标准回答 I/O 多路复用是一种使得程序能同时监听多个文件描述符的技术,从而提高程序的性能。I/O 多路复用能够在单个线程中,通过监视多个 I/O 流的状态来同时管理多个 I/O 流,一旦检测到某个文件描述符上我们关心的事件发生(就绪),能够通知程序进行相应的处理(读写操作)。 Linux 下实现 I/O 复用的系统调用主要有 select、poll 和 epoll。 1. select select 的主旨思想: - 首先要构造一个关于文件描述符的列表,将要监听的文件描述符添加到该列表中,这个文件描述符的列表数据类型为 fd_set,它是一个整型数组,总共是 1024 个比特位,每一个比特位代表一个文件描述符的状态。比如当需要 select 检测时,这一位为 0 就表示不检测对应的文件描述符的事件,为 1 表示检测对应的文件描述符的事件。 - 调用 select() 系统调用,监听该列表中的文件描述符的事件,这个函数是阻塞的,直到这些描述符中的一个或者多个进行 I/O 操作时,该函数才返回,并修改文件描述符的列表中对应的值,0 表示没有检测到该事件,1 表示检测到该事件。函数对文件描述符的检测的操作是由内核完成的。 - select() 返回时,会告诉进程有多少描述符要进行 I/O 操作,接下来遍历文件描述符的列表进行 I/O 操作。 select 的缺点:
1. 每次调用select,都需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在 fd 很多时会很大;
2. 同时每次调用 select 都需要在内核遍历传递进来的所有 fd,这个开销在 fd 很多时也很大
3. select 支持的文件描述符数量太小了,默认是 1024(由 fd_set 决定);
4. 文件描述符集合不能重用,因为内核每次检测到事件都会修改,所以每次都需要重置;
5. 每次 select 返回后,只能知道有几个 fd 发生了事件,但是具体哪几个还需要遍历文件描述符集合进一步判断。
2. poll poll 的原理和 select 类似,poll 支持的文件描述符没有限制。
3. epoll epoll 是一种更加高效的 IO 复用技术,epoll 的使用步骤及原理如下: - 调用 epoll_create() 会在内核中创建一个 eventpoll 结构体数据,称之为 epoll 对象,在这个结构体中有 2 个比较重要的数据成员,一个是需要检测的文件描述符的信息 struct_root rbr(红黑树),还有一个是就绪列表struct list_head rdlist,存放检测到数据发送改变的文件描述符信息(双向链表); - 调用 epoll_ctrl() 可以向 epoll 对象中添加、删除、修改要监听的文件描述符及事件; - 调用 epoll_wt() 可以让内核去检测就绪的事件,并将就绪的事件放到就绪列表中并返回,通过返回的事件数组做进一步的事件处理。 epoll 的两种工作模式: - LT 模式(水平触发) LT(Level - Triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持 Block 和 Nonblock Socket。在这种做法中,内核检测到一个文件描述符就绪了,然后可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作,如果不作任何操作,内核还是会继续通知。 - ET 模式(边沿触发) ET(Edge - Triggered)是高速工作方式,只支持 Nonblock socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过 epoll 检测到。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了。但是请注意,如果一直不对这个 fd 进行 IO 操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once)。 ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。epoll 工作在 ET 模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件描述符的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。