i o多路復用筆記

作業系統的核心是核心，獨立於普通的應用程式，可以訪問受保護的記憶體空間，也可以訪問底層硬體裝置。為了保護使用者程序不能直接操作核心，保證核心的安全，作業系統將虛擬空間劃分為兩部分，一部分是核心空間，一部分是使用者空間。

核心掛起當前正在cpu上執行的程序，並恢復以前掛起的某個程序的執行。

正在執行的程序，由於期待某些事件的發生，比如io，自動執行阻塞原語，進入阻塞狀態。這是一種主動行為，只有執行中的程序才可以切換到阻塞狀態。在阻塞狀態的程序是不占用cpu資源的。

標準i/o，資料會先被拷貝到作業系統的核心緩衝區，然後才會從作業系統的核心緩衝區拷貝到應用程式的位址空間。

linux有五種網路模式：

1、阻塞i/o

使用者程序呼叫recvfrom系統呼叫，程序進入阻塞狀態，等待資料準備好，資料會從核心拷貝到使用者記憶體，然後核心返回結果，使用者程序解除block狀態，重新執行。

2、非阻塞i/o

使用者程序呼叫read操作，如果資料還沒準備好，核心立刻返回error，使用者程序不會阻塞。使用者程序可以通過反覆呼叫read操作輪詢來獲得資料。

3、i/o多路復用

i/o multiplexing，也就是select、poll、epoll，也可以被稱為event driven i/o。好處是單個程序可以處理多個網路i/o，原理就是select、poll、epoll這個function會不斷的輪詢所負責的所有socket，當某個socket有資料到達時，就通知使用者程序。

使用者程序呼叫了select，整個程序會被block，同時，kernel會監聽所有負責的socket，當有乙個socket的資料準備好了，select會返回，使用者程序再呼叫read操作，將資料從核心拷貝到使用者程序。如果處理的併發連線數不是很高，使用select、poll、epoll的服務端效能不一定比使用multi-threading + blocking io的服務端效能好。i/o多路復用時，每乙個socket，一般設定為非阻塞模式。

int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout)

select函式監視的檔案描述符分3類，分別是readfds、writefds、exceptfds。呼叫select函式會阻塞，直到有描述符就緒或者超時，函式返回。當select函式返回後，可以通過遍歷fdset，找到就緒的描述符。

select可以良好的跨平台。缺點是單個程序能夠監視的檔案描述符的數量存在最大限制。在linux上一般為1024，可以通過修改巨集定義甚至重新編譯核心的方式提公升這一限制。

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

pollfd結構包含了要監視的event和發生的event，不再使用select『引數-值』傳遞的方式。pollfd沒有最大數量限制，但仍需要輪詢返回的pollfd來獲取就緒的檔案描述符。隨著監視的檔案描述符數量的增長，效率也會線性下降。

int epoll_create(int size)

建立乙個epoll的控制代碼，size用來告訴核心監聽的數目。size並不是限制了epoll所能監聽的最大描述符個數，只是對核心初始分配內部資料結構的乙個建議。

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

函式對指定描述符fd執行op操作。op取值由三個巨集表示：新增epoll_ctl_add，刪除epoll_ctl_del，修改epoll_ctl_mod。epoll_event告訴核心需要監聽什麼事。

typedef union epoll_data  epoll_data_t;
struct epoll_event ;
//epoll events
epollin：表示對應的檔案描述符可讀(包括對端socket正常關閉)
epollout: 表示對應的檔案描述符可寫
epollpri: 表示對應的檔案描述符有緊急資料可讀(帶外資料)
epollerr: 表示對應的檔案描述法發生錯誤
epollhup: 表示對應的檔案描述法被掛起
epollet: 設定為邊緣觸發
epolloneshot: 只監聽一次事件，當監聽完這次事件後，如果還需要監聽這個socket，需要再次把這個socket加入epoll

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

引數events表示核心得到的事件的集合。maxevents告知核心這個events有多大，取值不能大於建立epoll_create()時的size。引數timeout時超時時間(ms，0表示立刻返回，-1表示不確定，也有說法是永久堵塞)。該函式返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。

兩種：lt(level trigger)， et(edge trigger)。預設是lt。

lt是預設工作模式，支援block和non-block socket。et是高速工作模式，只支援non-block。

在select/poll中，程序只有在呼叫一定的方法後，核心才對所有監視的檔案描述符進行掃瞄。epoll事先通過epoll_ctl()來註冊乙個檔案描述符，一旦基於某個檔案描述符就緒時，核心會採用類似callback的**機制，迅速啟用這個檔案描述符，當程序呼叫epoll_wait()時便得到通知。epoll監視的描述符的數量不受限制，它所支援的fd上限是系統最大可開啟檔案數目。

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