【操作系統】IO多路複用

面試題:說出 你所知道的IO多路複用模型,並解釋爲什麼IO多路複用效率高?

select poll,epoll都是IO多路複用的一種機制,就是通過一種機制可以監視多個文件描述符,一旦某個文件描述符就緒(一般是讀就緒或者寫就緒),就能夠通知進程進行相應的讀寫操作,他們三個本質上都是同步IO,因爲 它們都需要在讀寫事件就緒後自己負責讀寫操作,也就是讀寫過程中是阻塞的,而異步IO無需自己進行讀寫,它只負責發起事件具體的實現由別的完成

select和poll的實現比較相似,epoll就是poll和select的增強版了

select:

select本質上是通過設置或者檢查存放fd標誌位的數據結構來進行下一步處理。這樣所帶來的缺點是:
1、 單個進程可監視的fd數量被限制,即能監聽端口的大小有限。
一般來說這個數目和系統內存關係很大,具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位機默認是1024個。64位機默認是2048.
2、 對socket進行掃描時是線性掃描,即採用輪詢的方法,效率較低:
當套接字比較多的時候,每次select()都要通過遍歷FD_SETSIZE個Socket來完成調度,不管哪個Socket是活躍的,都遍歷一遍。這會浪費很多CPU時間。如果能給套接字註冊某個回調函數,當他們活躍時,自動完成相關操作,那就避免了輪詢,這正是epoll與kqueue做的。
3、需要維護一個用來存放大量fd的數據結構,這樣會使得用戶空間和內核空間在傳遞該結構時複製開銷大

poll:

poll本質上和select沒有區別,它將用戶傳入的數組拷貝到內核空間,然後查詢每個fd對應的設備狀態,如果設備就緒則在設備等待隊列中加入一項並繼續遍歷,如果遍歷完所有fd後沒有發現就緒設備,則掛起當前進程,直到設備就緒或者主動超時,被喚醒後它又要再次遍歷fd。這個過程經歷了多次無謂的遍歷。
它沒有最大連接數的限制,原因是它是基於鏈表來存儲的,但是同樣有一個缺點:
1、大量的fd的數組被整體複製於用戶態和內核地址空間之間,而不管這樣的複製是不是有意義。 2、poll還有一個特點是“水平觸發”,如果報告了fd後,沒有被處理,那麼下次poll時會再次報告該fd。

epoll:

epoll支持水平觸發和邊緣觸發,最大的特點在於邊緣觸發,它只告訴進程哪些fd剛剛變爲就需態,並且只會通知一次。還有一個特點是,epoll使用“事件”的就緒通知方式,通過epoll_ctl註冊fd,一旦該fd就緒,內核就會採用類似callback的回調機制來激活該fd,epoll_wait便可以收到通知

epoll的優點:

1、沒有最大併發連接的限制,能打開的FD的上限遠大於1024(1G的內存上能監聽約10萬個端口);
2、效率提升,不是輪詢的方式,不會隨着FD數目的增加效率下降。只有活躍可用的FD纔會調用callback函數;
即Epoll最大的優點就在於它只管你“活躍”的連接,而跟連接總數無關,因此在實際的網絡環境中,Epoll的效率就會遠遠高於select和poll。
3、 內存拷貝,利用mmap()文件映射內存加速與內核空間的消息傳遞;即epoll使用mmap減少複製開銷。

select、poll、epoll 區別總結:
1、支持一個進程所能打開的最大連接數
在這裏插入圖片描述

2、FD劇增後帶來的IO效率問題
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3、 消息傳遞方式
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