select、poll、epoll之间的区别总结

0. 背景

本文摘自 http://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html

select

，

poll

，

epoll

都是

IO

多路复用的机制。

I/O

多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但

select

，

poll

，

epoll

本质上都是同步

I/O

，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步

I/O

则无需自己负责进行读写，异步

I/O

的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。关于这三种

IO

多路复用的用法，前面三篇总结写的很清楚，并用服务器回射

echo

程序进行了测试。连接如下所示：

select：http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/14/3258674.html

poll：http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/15/3261006.html

epoll：http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/17/3263780.html

今天对这三种

IO

多路复用进行对比，参考网上和书上面的资料，整理如下：

1. select实现

select的调用过程如下所示：



（1）使用

copy_from_user

从用户空间拷贝

fd_set

到内核空间

（2）注册回调函数

__pollwait

（3）遍历所有

fd

，调用其对应的

poll

方法（对于

socket

，这个

poll

方法是

sock_poll

，

sock_poll

根据情况会调用到

tcp_poll

,

udp

_

poll

或者

datagram_poll

）

（4）以

tcp_poll

为例，其核心实现就是

__pollwait

，也就是上面注册的回调函数。

（5）

__pollwait

的主要工作就是把

current

（当前进程）挂到设备的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列，对于

tcp_poll

来说，其等待队列是

sk->sk_sleep

（注意把进程挂到等待队列中并不代表进程已经睡眠了）。在设备收到一条消息（网络设备）或填写完文件数据（磁盘设备）后，会唤醒设备等待队列上睡眠的进程，这时

current

便被唤醒了。

（6）

poll

方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的

mask

掩码，根据这个

mask

掩码给

fd_set

赋值。

（7）如果遍历完所有的

fd

，还没有返回一个可读写的

mask

掩码，则会调用

schedule_timeout

是调用

select

的进程（也就是

current

）进入睡眠。当设备驱动发生自身资源可读写后，会唤醒其等待队列上睡眠的进程。如果超过一定的超时时间（

schedule_timeout

指定），还是没人唤醒，则调用

select

的进程会重新被唤醒获得

CPU

，进而重新遍历

fd

，判断有没有就绪的

fd

。

（8）把

fd_set

从内核空间拷贝到用户空间。

总结：select的几大缺点：

（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

2

poll

实现

poll

的实现和

select

非常相似，只是描述

fd

集合的方式不同，

poll

使用

pollfd

结构而不是

select

的

fd_set

结构，其他的都差不多。

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

不同与

select

使用三个位图来表示三个

fdset

的方式，

poll

使用一个

pollfd

的指针实现。

struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events to watch */
short revents; /* returned events witnessed */
};

pollfd

结构包含了要监视的

event

和发生的

event

，不再使用

select

“参数-值”传递的方式。同时，

pollfd

并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。 和

select

函数一样，

poll

返回后，需要轮询

pollfd

来获取就绪的描述符。

从上面看，

select

和

poll

都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的

socket

。事实上，同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

关于

select

和

poll

的实现分析，可以参考下面几篇博文：

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568964#comments

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568968

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568969

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-edntwk/index.html?ca=drs-

http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2009/05/03/1109887.shtml

3、

epoll

epoll

既然是对

select

和

poll

的改进，就应该能避免上述的三个缺点。那

epoll

都是怎么解决的呢？在此之前，我们先看一下

epoll

和

select

和

poll

的调用接口上的不同，

select

和

poll

都只提供了一个函数——

select

或者

poll

函数。而

epoll

提供了三个函数，

epoll_create

,

epoll_ctl

和

epoll_wait

。

int epoll_create(int size)；//创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

1). int epoll_create(int size);

创建一个

epoll

的句柄，

size

用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，这个参数不同于

select()

中的第一个参数，给出最大监听的

fd+1

的值，参数

size

并不是限制了

epoll

所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。

当创建好

epoll

句柄后，它就会占用一个

fd

值，在

linux

下如果查看

/proc/process_id/fd/

，是能够看到这个

fd

的，所以在使用完

epoll

后，必须调用

close()

关闭，否则可能导致

fd

被耗尽。

2). int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；

函数是对指定描述符

fd

执行

op

操作。

epfd

：是

epoll_create()

的返回值。

op

：表示op操作，用三个宏来表示：添加

EPOLL_CTL_ADD

，删除

EPOLL_CTL_DEL

，修改

EPOLL_CTL_MOD

。分别添加、删除和修改对fd的监听事件。

-

fd

：是需要监听的

fd

（文件描述符）

epoll_event

：是告诉内核需要监听什么事，

struct epoll_event

结构如下：

struct epoll_event {
__uint32_t events;  /* Epoll events */
epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

//events可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

3). int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

等待

epfd

上的

io

事件，最多返回

maxevents

个事件。

参数

events

用来从内核得到事件的集合，

maxevents

告之内核这个

events

有多大，这个

maxevents

的值不能大于创建

epoll_create()

时的

size

，参数

timeout

是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

对于第一个缺点，

epoll

的解决方案在

epoll_ctl

函数中。每次注册新的事件到

epoll

句柄中时（在

epoll_ctl

中指定

EPOLL_CTL_ADD

），会把所有的

fd

拷贝进内核，而不是在

epoll_wait

的时候重复拷贝。

epoll

保证了每个

fd

在整个过程中只会拷贝一次。

对于第二个缺点，

epoll

的解决方案不像

select

或

poll

一样每次都把

current

轮流加入

fd

对应的设备等待队列中，而只在

epoll_ctl

时把

current

挂一遍（这一遍必不可少）并为每个

fd

指定一个回调函数，当设备就绪，唤醒等待队列上的等待者时，就会调用这个回调函数，而这个回调函数会把就绪的

fd

加入一个就绪链表）。

epoll_wait

的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的

fd

（利用

schedule_timeout()

实现睡一会，判断一会的效果，和

select

实现中的第7步是类似的）。

对于第三个缺点，

epoll

没有这个限制，它所支持的

FD

上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于

2048

,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以

cat /proc/sys/fs/file-max

察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。

4. 总结

（1）

select

，

poll

实现需要自己不断轮询所有

fd

集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而

epoll

其实也需要调用

epoll_wait

不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪

fd

放入就绪链表中，并唤醒在

epoll_wait

中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是

select

和

poll

在“醒着”的时候要遍历整个

fd

集合，而

epoll

在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。

（2）

select

，

poll

每次调用都要把

fd

集合从用户态往内核态拷贝一次，并且要把

current

往设备等待队列中挂一次，而

epoll

只要一次拷贝，而且把

current

往等待队列上挂也只挂一次（在

epoll_wait

的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个

epoll

内部定义的等待队列）。这也能节省不少的开销。

参考资料：

http://www.cnblogs.com/apprentice89/archive/2013/05/09/3070051.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-05/59873p3.htm

http://xingyunbaijunwei.blog.163.com/blog/static/76538067201241685556302/

http://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/7717125

https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/epoll-example.c