多路复用I/O分析

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今天看到一个I/O性能的问题。就对这个问题思考了下。

分析阻塞、非阻塞I/O，这两种I/O一个共同点是，很多I/O中无法确认那些I/O是准备好，只能通过一个个轮询的方式，这种方式下，准备好与没有准备好的I/O均会被轮询，这种效率极其低下。异步I/O，提供了一种方式，准备好的I/O，就会发送一个信号给内核，其他时间继续进行其他的操作，这种方式一个不好的就是多个I/O同时准备好，发出的信号不好处理，不知道那个信号对应于那个描述符。

这样就思考，能不能有一种I/O呢。只考虑准备好的I/O，没准备好的I/O，不进行操作。

其实是有的，这种I/O就是多路复用I/O。在处理I/O之前，我们需要调用函数进行处理所监控的I/O，判断读写事件，等待其就绪后进行操作。这些函数有select、pselect、poll、epoll（Linux2.6内核后支持）。

首先我们来看下select函数，分别需要看传递的参数与返回的结果。

传递给select的函数，主要告诉内核，我们感兴趣的描述符，对于每个描述符，我们所关心的状态，监控这些I/O需要等待多久。

select函数返回的时候，我们可以知道已经准备好的描述符的数量；对于读、写、异常这三个状态的每一个，那些描述符已经具备了。

select函数的原型如下：

#include<sys/select.h>
int select(int maxfdp1,fd_set *restirct readfds,
fd_set *restrict writefds,fd_set *restrict exceptfds,
struct timeval *resttrict tvptr );

这里需要说明下这个等待时间tvptr。上面参数中每个指针都添加了关键字restrict，限定只有声明的该指针才能访问这块内存，其他指针访问都是无效的。

当tvptr==NULL，select函数会永远等待，直到捕捉到监控的描述符中有准备好的或者一个出错信号，若出错则返回-1，否则返回准备就绪的描述符的数量；

当tvptr->tv_sec==0 && tvptr->tv_usec==0，select函数不等待，测试所有指定的描述符立刻返回，得到每个描述符的状态，非阻塞I/O轮询每个描述符；

当tvptr->tv_sec!=0 || tvptr->tv_usec!=0，select函数会等待指定的时间，超时返回0。如果在等待的时间内有准备好的句柄，则返回准备好的句柄的数量。在等待的时间内，select函数可以被信号打断。

第一个参数maxfdp1，这个参数的意思是最大的描述符加1，这样的话就需要在三个集合中找出最大描述符，然后加一传递给这个变量。其实这个值可以传递一个默认值，FD_SETSIZE，这是内核维护的一个常量，其值一般为1024，表示select函数最多可以处理的描述符的个数为1024个。若想要让内核支持多一些，可以修改此参数。

然后，我们继续看函数，里面有三个参数需要注意readfds、writefds、exceptfds，这三个分别表示处于可读、可写、异常的句柄的集合，这些句柄都存储在一个叫做fd_set数据类型里。现在看下关于这个集合的四种基本的操作：

#include<sys/select.h>

int  FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset);
void FD_SET(int fd,fd_set *fdset);
void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset);
void FD_ZERO(fd_set *fdset);

fd_set  readset,writeset;
FD_ZERO(&readset);
FD_ZERO(&writeset);
FD_SET(0,&readset);
FD_SET(3,&readset);
FD_SET(2,&writeset);
FD_SET(4,&writeset);
FD_SET(1,&writeset);
select(5,&readset,&writeset,NULL,NULL);

下面说下pselect，这是select的一个升级版本，提供更加精细的定时操作与信号屏蔽字，函数原型如下：

int pselect(int maxfdp1,fd_set *restirct readfds,
fd_set *restrict writefds,fd_set *restrict exceptfds,
const struct timespec *resttrict tsptr,const sigset_t *restrict sigmask);

下面看下另外一个函数，叫做poll。

poll函数起源于system v，poll函数与STREAM系统紧紧相关。其函数原型如下：

#include<poll.h>
int poll(struct pollfd fdarray[],nfds_t nfds,int timeout);

struct pollfd{
     int fd;
     short events;
     short revents;
};

当一个描述符被挂断掉后，不能向描述符写数据，但是可以读取文件描述符的数据。

poll函数的最后一个timeout，当为-1时候，永远等待，直到捕捉到信号，poll返回-1。如果所指定的描述符准备好了，则返回准备好的文件描述符的个数。当为0的时候，不等待，测试所有描述符并返回，这里会以非阻塞轮询的方式处理所有描述符。当timeout大于0，就等待timeout毫秒，超时返回0，否则返回准备好的个数。

最后一种epoll方式，可以看看本博客前面的总结：epoll

多路复用I/O分析

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原文地址：http://blog.csdn.net/xygl2009/article/details/48033055