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三种I/O多路复用方式优缺点比较

三种I/O多路复用方式优缺点比较

作者: 半亩房顶 | 来源:发表于2019-03-16 22:36 被阅读4次

    select的优缺点:

    优点:

    (1)select的可移植性好,在某些unix下不支持poll。
    (2)select对超时值提供了很好的精度,精确到微秒,而poll式毫秒。

    缺点:

    (1)单个进程可监视的fd数量被限制,默认是1024。
    (2)需要维护一个用来存放大量fd的数据结构,这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大。
    (3)对fd进行扫描时是线性扫描,fd剧增后,IO效率降低,每次调用都对fd进行线性扫描遍历,随着fd的增加会造成遍历速度慢的问题。
    (4)select函数超时参数在返回时也是未定义的,考虑到可移植性,每次超时之后进入下一个select之前都要重新设置超时参数。

    poll的优缺点:

    优点:

    (1)不要求计算最大文件描述符+1的大小。
    (2)应付大数量的文件描述符时比select要快。
    (3)没有最大连接数的限制是基于链表存储的。

    缺点:

    (1)大量的fd数组被整体复制于内核态和用户态之间,而不管这样的复制是不是有意义。
    (2)同select相同的是调用结束后需要轮询来获取就绪描述符。

    epoll的优缺点(epoll详解):

    (1)支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
    select 最不能忍受的是一个进程所打开的FD是有一定限制的,由FD_SETSIZE设置,默认值是2048。对于那些需要支持的上万连接数目的IM服务器来说显 然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译内核,不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降,二是可以选择多进程的解决方案(传统的 Apache方案),不过虽然linux上面创建进程的代价比较小,但仍旧是不可忽视的,加上进程间数据同步远比不上线程间同步的高效,所以也不是一种完 美的方案。不过 epoll则没有这个限制,它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左 右,具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。

    (2)IO效率不随FD数目增加而线性下降
    传统的select/poll另一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合,不过由于网络延时,任一时间只有部分的socket是”活跃”的, 但是select/poll每次调用都会线性扫描全部的集合,导致效率呈现线性下降。但是epoll不存在这个问题,它只会对”活跃”的socket进行 操作—这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。那么,只有”活跃”的socket才会主动的去调用 callback函数,其他idle状态socket则不会,在这点上,epoll实现了一个”伪”AIO,因为这时候推动力在os内核。在一些 benchmark中,如果所有的socket基本上都是活跃的—比如一个高速LAN环境,epoll并不比select/poll有什么效率,相 反,如果过多使用epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率就远在select/poll之上了。

    (3)epoll工作的两种模式
    EPOLL事件分发系统可以运转在两种模式下:边缘触发Edge Triggered (ET)、水平触发Level Triggered (LT)。
    LT 是缺省的工作方式:同时支持block和no-block socket;在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表。
    ET是高速工作方式:它只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述 符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知。
    对于LT模式epoll_wait清空就绪链表之后会检查该文件描述符是哪一种模式,如果为LT模式,且必须该节点确实有事件未处理,那么就会把该节点重新放入到刚刚删除掉的且刚准备好的就绪链表,epoll_wait马上返回。而ET模式不会检查,只会调用一次,只通知就绪通知一次 。

    (4)epoll函数底层实现过程
    首先epoll_create创建一个epoll文件描述符,底层同时创建一个红黑树,和一个就绪链表;红黑树存储所监控的文件描述符的节点数据,就绪链表存储就绪的文件描述符的节点数据;epoll_ctl将会添加新的描述符,首先判断是红黑树上是否有此文件描述符节点,如果有,则立即返回。如果没有, 则在树干上插入新的节点,并且告知内核注册回调函数。当接收到某个文件描述符过来数据时,那么内核将该节点插入到就绪链表里面。epoll_wait将会接收到消息,并且将数据拷贝到用户空间,清空链表。对于LT模式epoll_wait清空就绪链表之后会检查该文件描述符是哪一种模式,如果为LT模式,且必须该节点确实有事件未处理,那么就会把该节点重新放入到刚刚删除掉的且刚准备好的就绪链表,epoll_wait马上返回。ET模式不会检查,只会调用一次


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