目錄

• 概述
• IO多路復用本質(zhì)
• IO多路復用的優(yōu)勢
• IO多路復用Select機制
• IO多路復用Poll機制
• IO多路復用Epoll機制
• select，poll，epoll機制區(qū)別總結(jié)
• php7進階到架構(gòu)師相關(guān)閱讀

概述

這是關(guān)于php進階到架構(gòu)之后端開發(fā)必備學習的第三篇文章：IO多路復用的三種機制：select 、poll 、epoll

• 第一篇：理解TCP/IP與UDP協(xié)議、Socket的正確姿勢
• 第二篇：一文搞懂進程，線程，CPU核心數(shù)，時間片輪轉(zhuǎn)機制
• 第三篇：IO多路復用的三種機制：select 、poll 、epoll

IO多路復用本質(zhì)

檢測多個文件描述符是否有變化 。

讓單個進程可以監(jiān)視多個文件描述符，

一旦某個描述符就緒(一般是讀就緒或?qū)懢途w)，

能夠通知程序進行相應(yīng)的讀寫操作

select，poll，epoll都是IO多路復用的機制。但select，poll，epoll本質(zhì)上都是同步I/O，因為他們都需要在讀寫事件就緒后自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的

IO多路復用的優(yōu)勢

與多進程和多線程技術(shù)相比，

I/O多路復用技術(shù)的最大優(yōu)勢是系統(tǒng)開銷小，

系統(tǒng)不必創(chuàng)建進程/線程，

也不必維護這些進程/線程，

從而大大減小了系統(tǒng)的開銷。

在介紹select、poll、epoll之前，首先介紹一下Linux操作系統(tǒng)中基礎(chǔ)的概念：

用戶空間 / 內(nèi)核空間

操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核，

獨立于普通的應(yīng)用程序，

可以訪問受保護的內(nèi)存空間，

也有訪問底層硬件設(shè)備的所有權(quán)限。

為了保證用戶進程(如qq,新浪等進程)不能直接操作內(nèi)核(kernel)，保證內(nèi)核的安全，

操作系統(tǒng)將虛擬空間劃分為兩部分，

一部分為內(nèi)核空間，

一部分為用戶空間。

進程切換

為了控制進程的執(zhí)行，內(nèi)核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程，并恢復以前掛起的某個進程的執(zhí)行。這種行為被稱為進程切換。

任何進程都是在操作系統(tǒng)內(nèi)核的支持下運行的，是與內(nèi)核緊密相關(guān)的，并且進程切換是非常耗費資源的。

進程阻塞

正在執(zhí)行的進程，由于期待的某些事件未發(fā)生，如請求系統(tǒng)資源失敗、等待某種操作的完成、新數(shù)據(jù)尚未到達或無新工作做等，則由系統(tǒng)自動執(zhí)行阻塞原語(Block)，使進程由運行狀態(tài)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)

只有處于運行態(tài)的進程(獲得了CPU資源)，才可能將其轉(zhuǎn)為阻塞狀態(tài)。

當進程進入阻塞狀態(tài)，是不占用CPU資源的。

文件描述符

文件描述符(File descriptor)，是一個用于表述指向文件的引用的抽象化概念。

文件描述符在形式上是一個非負整數(shù)。

實際上，它是一個索引值，指向內(nèi)核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。

當程序打開一個現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個新文件時，內(nèi)核向進程返回一個文件描述符。

在程序設(shè)計中，一些涉及底層的程序編寫往往會圍繞著文件描述符展開。

但是文件描述符這一概念往往只適用于UNIX、Linux這樣的操作系統(tǒng)。

IO多路復用Select機制

select機制中提供一種fd_set的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實際上是一個long類型的數(shù)組。

每一個數(shù)組元素都能與一打開的文件句柄建立聯(lián)系，當調(diào)用select()時，由內(nèi)核根據(jù)IO狀態(tài)修改fd_set的內(nèi)容，由此來通知執(zhí)行了select()的進程哪一Socket或文件可讀。

select機制的問題

1.每次調(diào)用select，都需要把fd_set集合從用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核態(tài)，如果fd_set集合很大時，那這個開銷也很大

2.同時每次調(diào)用select都需要在內(nèi)核遍歷傳遞進來的所有fd_set，如果fd_set集合很大時，那這個開銷也很大

3.為了減少數(shù)據(jù)拷貝帶來的性能損壞，內(nèi)核對被監(jiān)控的fd_set集合大小做了限制，并且這個是通過宏控制的，大小不可改變(限制為1024)

IO多路復用Poll機制

poll改變了文件描述符集合的描述方式，

使用了pollfd結(jié)構(gòu)而不是select的fd_set結(jié)構(gòu)，

使得poll支持的文件描述符集合限制遠大于select的1024

poll的機制與select類似，與select在本質(zhì)上沒有多大差別，管理多個描述符也是進行輪詢，根據(jù)描述符的狀態(tài)進行處理，但是poll沒有最大文件描述符數(shù)量的限制。

也就是說，poll只解決了上面select的問題3，并沒有解決問題1，2的性能開銷問題。

IO多路復用Epoll機制

epoll在Linux2.6內(nèi)核正式提出，是基于事件驅(qū)動的I/O方式。

相對于select來說，epoll沒有描述符個數(shù)限制，使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關(guān)心的文件描述符的事件存放到內(nèi)核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內(nèi)核空間的copy只需一次。

epoll是Linux內(nèi)核為處理大批量文件描述符而作了改進的poll，它能顯著提高程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率。

原因就是獲取事件的時候，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內(nèi)核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。

select，poll，epoll機制區(qū)別總結(jié)

epoll是Linux目前大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)并發(fā)程序開發(fā)的首選模型。在絕大多數(shù)情況下性能遠超select和poll。

既然如此，為何select，poll，epoll同時存在呢？那是因為它們也是不同歷史時期的產(chǎn)物。

1984，在BSD實現(xiàn)select

1997，實現(xiàn)了poll

2002, 大神 Davide Libenzi 實現(xiàn)了epoll

php7進階到架構(gòu)師相關(guān)閱讀

https://www.kancloud.cn/gofor/gofor

最后，歡迎大家留言補充，討論~~~

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的io多路复用的原理和实现_IO多路复用的三种机制：select 、poll 、epoll的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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