select原理概述
调用select时,会发生以下事情:
1.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,对全部指定设备做一次poll(这里的poll是一个文件操作,它有两个参数,一个是文件fd本身,一个是当设备尚未就绪时调用的回调函数__pollwait,这个函数把设备自己特有的等待队列传给内核,让内核把当前的进程挂载到其中);
4.当设备就绪时,设备就会唤醒在自己特有等待队列中的【所有】节点,于是当前进程就获取到了完成的信号。poll文件操作返回的是一组标准的掩码,其中的各个位指示当前的不同的就绪状态(全0为没有任何事件触发),根据mask可对fd_set赋值;
5.如果所有设备返回的掩码都没有显示任何的事件触发,就去掉回调函数的函数指针,进入有限时的睡眠状态,再恢复和不断做poll,再作有限时的睡眠,直到其中一个设备有事件触发为止。
6.只要有事件触发,系统调用返回,将fd_set从内核空间拷贝到用户空间,回到用户态,用户就可以对相关的fd作进一步的读或者写操作了。
epoll原理概述
调用epoll_create时,做了以下事情:
1.内核帮我们在epoll文件系统里建了个file结点;
2.在内核cache里建了个红黑树用于存储以后epoll_ctl传来的socket;
3.建立一个list链表,用于存储准备就绪的事件。
调用epoll_ctl时,做了以下事情:
1.把socket放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树上;
2.给内核中断处理程序注册一个回调函数,告诉内核,如果这个句柄的中断到了,就把它放到准备就绪list链表里。
调用epoll_wait时,做了以下事情:
观察list链表里有没有数据。有数据就返回,没有数据就sleep,等到timeout时间到后即使链表没数据也返回。而且,通常情况下即使我们要监控百万计的句柄,大多一次也只返回很少量的准备就绪句柄而已,所以,epoll_wait仅需要从内核态copy少量的句柄到用户态而已。
总结如下:
一颗红黑树,一张准备就绪句柄链表,少量的内核cache,解决了大并发下的socket处理问题。
执行epoll_create时,创建了红黑树和就绪链表;
执行epoll_ctl时,如果增加socket句柄,则检查在红黑树中是否存在,存在立即返回,不存在则添加到树干上,然后向内核注册回调函数,用于当中断事件来临时向准备就绪链表中插入数据;
执行epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。
对比
select缺点:
1.最大并发数限制:使用32个整数的32位,即32*32=1024来标识fd,虽然可修改,但是有以下第二点的瓶颈;
2.效率低:每次都会线性扫描整个fd_set,集合越大速度越慢;
3.内核/用户空间内存拷贝问题。
epoll的提升:
1.本身没有最大并发连接的限制,仅受系统中进程能打开的最大文件数目限制;
2.效率提升:只有活跃的socket才会主动的去调用callback函数;
3.省去不必要的内存拷贝:epoll通过内核与用户空间mmap同一块内存实现。
当然,以上的优缺点仅仅是特定场景下的情况:高并发,且任一时间只有少数socket是活跃的。