epoll和select
epoll和select
先說下本文框架，先是問題引出，然後概括兩個機制的區別和聯絡，最後介紹每個介面的用法
一、問題引出 聯絡區別
問題的引出，當需要讀兩個以上的I/O的時候，如果使用阻塞式的I/O，那麼可能長時間的阻塞在一個描述符上面，另外的描述符雖然有資料但是不能讀出來，這樣實時性不能滿足要求，大概的解決方案有以下幾種：
1.使用多程序或者多執行緒，但是這種方法會造成程式的複雜，而且對與程序與執行緒的建立維護也需要很多的開銷。（Apache伺服器是用的子程序的方式，優點可以隔離使用者）
2.用一個程序，但是使用非阻塞的I/O讀取資料，當一個I/O不可讀的時候立刻返回，檢查下一個是否可讀，這種形式的迴圈為輪詢（polling），這種方法比較浪費CPU時間，因為大多數時間是不可讀，但是仍花費時間不斷反覆執行read系統呼叫。
3.非同步I/O（asynchronous I/O），當一個描述符準備好的時候用一個訊號告訴程序，但是由於訊號個數有限，多個描述符時不適用。
4.一種較好的方式為I/O多路轉接（I/O multiplexing）（貌似也翻譯多路複用），先構造一張有關描述符的列表（epoll中為佇列），然後呼叫一個函式，直到這些描述符中的一個準備好時才返回，返回時告訴程序哪些I/O就緒。select和epoll這兩個機制都是多路I/O機制的解決方案，select為POSIX標準中的，而epoll為Linux所特有的。
區別（epoll相對select優點）主要有三：
1.select的控制代碼數目受限，在linux/posix_types.h標頭檔案有這樣的宣告：#define __FD_SETSIZE 1024 表示select最多同時監聽1024個fd。而epoll沒有，它的限制是最大的開啟檔案控制代碼數目。
2.epoll的最大好處是不會隨著FD的數目增長而降低效率，在selec中採用輪詢處理，其中的資料結構類似一個數組的資料結構，而epoll是維護一個佇列，直接看佇列是不是空就可以了。epoll只會對"活躍"的socket進行操作—這是因為在核心實現中epoll是根據每個fd上面的callback函式實現的。那麼，只有"活躍"的socket才會主動的去呼叫 callback函式（把這個控制代碼加入佇列），其他idle狀態控制代碼則不會，在這點上，epoll實現了一個"偽"AIO。但是如果絕大部分的I/O都是“活躍的”，每個I/O埠使用率很高的話，epoll效率不一定比select高（可能是要維護佇列複雜）。
3.使用mmap加速核心與使用者空間的訊息傳遞。無論是select,poll還是epoll都需要核心把FD訊息通知給使用者空間，如何避免不必要的記憶體拷貝就很重要，在這點上，epoll是通過核心於使用者空間mmap同一塊記憶體實現的。
二、介面
1）select
- int select(int maxfdp1, fd_set *restrict readfds, fd_set *restrict writefds, fd_set *restrict exceptfds, struct timeval *restrict tvptr);
struct timeval{
long tv_sec;
long tv_usec;
}
有三種情況：tvptr == NULL 永遠等待；tvptr->tv_sec == 0 && tvptr->tv_usec == 0 完全不等待；不等於0的時候為等待的時間。select的三個指標都可以為空，這時候select提供了一種比sleep更精確的定時器。注意select的第一個引數maxfdp1並不是描述符的個數，而是最大的描述符加1，一是起限制作用，防止出錯，二來可以給核心輪詢的時候提供一個上屆，提高效率。select返回－1表示出錯，0表示超時，返回正值是所有的已經準備好的描述符個數（同一個描述符如果讀和寫都準備好，對結果影響是+2）。
2.int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); fd在描述符集合中非0，否則返回0
3.int FD_CLR(int fd, fd_set *fd_set); int FD_SET(int fd, fd_set *fdset) ;int FD_ZERO(fd_set *fdset);
用一段linux 中man裡的話“FD_ZERO() clears a set.FD_SET() and FD_CLR() respectively add and remove a given file descriptor from a set. FD_ISSET() tests to see if a file descriptor is part of the set; this is useful after select() returns.”這幾個函式與描述符的0和1沒關係，只是新增刪除檢測描述符是否在set中。
2）epoll
1.int epoll_create(int size);
建立一個epoll的控制代碼，size用來告訴核心這個監聽的數目一共有多大。這個引數不同於select()中的第一個引數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當建立好epoll控制代碼後，它就是會佔用一個fd值，在linux下如果檢視/proc/程序id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll後，必須呼叫close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。
- int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event);
epoll的事件註冊函式，它不同與select()是在監聽事件時告訴核心要監聽什麼型別的事件，而是在這裡先註冊要監聽的事件型別。第一個引數是epoll_create()的返回值，第二個引數表示動作，用三個巨集來表示：
EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個引數是需要監聽的fd，第四個引數是告訴核心需要監聽什麼事，struct epoll_event結構如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; / Epoll events /
epoll_data_t data; / User data variable */
};
events可以是以下幾個巨集的集合：
EPOLLIN ：表示對應的檔案描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的檔案描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的檔案描述符有緊急的資料可讀（這裡應該表示有帶外資料到來）；
EPOLLERR：表示對應的檔案描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的檔案描述符被結束通話；
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL佇列裡
關於epoll工作模式ET，LT
LT(level triggered)是預設的工作方式，並且同時支援block和no-block socket.在這種做法中，核心告訴你一個檔案描述符是否就緒了，然後你可以對這個就緒的fd進行IO操作。如果你不作任何操作，核心還是會繼續通知你的，所以，這種模式程式設計出錯誤可能性要小一點。傳統的select/poll都是這種模型的代表．
ET (edge-triggered)是高速工作方式，只支援no-block socket。在這種模式下，當描述符從未就緒變為就緒時，核心通過epoll告訴你。然後它會假設你知道檔案描述符已經就緒，並且不會再為那個檔案描述符傳送更多的就緒通知，直到你做了某些操作導致那個檔案描述符不再為就緒狀態了，但是請注意，如果一直不對這個fd作IO操作(從而導致它再次變成未就緒)，核心不會發送更多的通知(only once)
- int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)
等待事件的產生，類似於select()呼叫。引數events用來從核心得到事件的集合，maxevents告之核心這個events有多大，這個maxevents的值不能大於建立epoll_create()時的size，引數timeout是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1永久阻塞）。該函式返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。