IO多路复用，select、poll和epoll简介

本文主要是介绍IO多路复用，select、poll和epoll简介，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

select、poll 和 epoll 是 Linux 下用于多路复用 I/O（Input/Output）的系统调用，它们用于监视多个文件描述符，以查看哪个文件描述符上有可读、可写或发生了异常的事件。

1、select

select 是最早的多路复用 I/O 机制之一。它允许你监控多个文件描述符，以检测哪些文件描述符有事件发生。它通过修改一个位掩码来表示每个文件描述符的状态。

• 使用方法

#include <sys/select.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {fd_set read_fds;int max_fd;struct timeval timeout;// 设置文件描述符集合FD_ZERO(&read_fds);FD_SET(STDIN_FILENO, &read_fds);max_fd = STDIN_FILENO;// 设置超时时间timeout.tv_sec = 5;timeout.tv_usec = 0;int ret = select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);if (ret == -1) {perror("select");exit(EXIT_FAILURE);} else if (ret == 0) {printf("Timeout occurred!\n");} else {if (FD_ISSET(STDIN_FILENO, &read_fds)) {printf("Data is available on stdin.\n");}}return 0;
}

• select的几个宏

/*
用于将文件描述符添加到文件描述符集合中
fd：要添加的文件描述符。
fdset：要修改的文件描述符集合。
*/
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);/*
用于从文件描述符集合中删除指定的文件描述符
fd：要删除的文件描述符。
fdset：要修改的文件描述符集合。
*/
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);/*
用于检查文件描述符集合中是否包含指定的文件描述符
fd：要检查的文件描述符。
fdset：要检查的文件描述符集合。
*/
int FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);/*
用于清空文件描述符集合
fdset：要清空的文件描述符集合。
*/
void FD_ZERO(fd_set *fdset);

• select函数的五个参数含义

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

nfds: 监控的最大文件描述符值加1。
readfds: 监控可读事件的文件描述符集合。
writefds: 监控可写事件的文件描述符集合。
exceptfds: 监控异常事件的文件描述符集合。
timeout: 超时时间，指定 select 需要等待的时间。如果为 NULL，则 select 会一直等待直到有事件发生。

• 优缺点分析

（1）优点
简单： select 的接口简单易用，广泛支持。
兼容性： 几乎所有 UNIX-like 操作系统都支持 select。
（2）缺点
文件描述符限制： 默认情况下，select 的文件描述符数量限制为 1024（可以通过重新编译内核或修改宏 FD_SETSIZE 增加，但不建议）。
性能瓶颈： 每次调用 select 都需要将文件描述符集合从用户态复制到内核态，这在文件描述符数量很大时可能会带来性能问题。
线性扫描： select 需要线性扫描文件描述符集合，效率较低。

2、poll

poll 是 select 的改进版，功能和 select 类似，但解决了一些 select 的局限性。poll 使用一个结构体数组来表示文件描述符及其相关的事件，而不是使用位掩码。

• 使用方法

#include <poll.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {struct pollfd fds;int timeout = 5000; // 超时时间：5秒fds.fd = STDIN_FILENO;fds.events = POLLIN;fds.revents = 0;int ret = poll(&fds, 1, timeout);if (ret == -1) {perror("poll");exit(EXIT_FAILURE);} else if (ret == 0) {printf("Timeout occurred!\n");} else {if (fds.revents & POLLIN) {printf("Data is available on stdin.\n");}}return 0;
}

• poll函数的参数

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

fds: pollfd 结构体数组，每个结构体表示一个文件描述符及其事件。
nfds: pollfd 结构体数组的大小。
timeout: 超时时间，单位是毫秒。如果设置为 -1，poll 将无限期等待直到有事件发生；如果设置为 0，poll 将立即返回。

• pollfd结构体

struct pollfd {int fd;         // 文件描述符short events;   // 监控的事件类型short revents;  // 实际发生的事件
};

• 事件常量

POLLIN： 文件描述符可读（例如，有数据可读或连接可接受）。
POLLOUT： 文件描述符可写（例如，缓冲区有足够空间）。
POLLERR： 文件描述符发生错误。
POLLHUP： 文件描述符挂起（通常用于检测连接的关闭）。
POLLNVAL： 文件描述符无效（例如，关闭了的文件描述符）。

• 优缺点分析

（1）优点
文件描述符数量无上限： 没有像 select 那样的文件描述符数量限制。
灵活性： 可以同时监控多个文件描述符及其事件。
（2）缺点
性能瓶颈： 每次调用 poll 时都需要遍历 pollfd 数组，这在监控大量文件描述符时会带来性能开销。

3、epoll

4、总结

select 适合处理少量文件描述符和需要跨平台支持的场景。它简单易用，但有文件描述符数量限制，并且在文件描述符数量多时性能较差。
poll 适合需要监控大量文件描述符的场景。它没有文件描述符数量限制，但在大量文件描述符时性能依然较差。

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