select、pselect、poll和epoll的区别

2024-03-14 16:34:52

select、pselect、poll和epoll函数是unix中具有I/O复用的函数。什么是I/O复用？为什么要有I/O复用?以及在什么场合下使用I/O复用？既然都具有I/O复用的功能，那这几个函数又有什么样的区别与联系呢？在下面我会一一解释。

请看下面一段客户端代码：

 #include    “unp.h”

 int main(int argc, char **argv)

 {

     int                 listenfd, connfd;

     pid_t               childpid;

     socklen_t           clilen;

     struct sockaddr_in  cliaddr, servaddr;

     void                sig_chld(int);

     listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );

     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

     servaddr.sin_family      = AF_INET;

     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

     servaddr.sin_port        = htons(SERV_PORT);

     Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

     Listen(listenfd, LISTENQ);

     Signal(SIGCHLD, sig_chld);  /* must call waitpid() */

     for ( ; ; )

     {

         clilen = sizeof(cliaddr);

         if ( (connfd = accept(listenfd, (SA *) &cliaddr, &clilen)) < )

         {

             if (errno == EINTR)

                 continue;       /* back to for() */

             else

                 err_sys(“accept error”);

         }

         if ( (childpid = Fork()) == )

         {    /* child process */

             Close(listenfd);    /* close listening socket */

             str_echo(connfd);   /* process the request */

             exit();

         }

         Close(connfd);          /* parent closes connected socket */

     }

 }

从以上代码，我们可以知道，这个TCP客户端在同时处理两个输入：标准输入和TCP套接口。现在假设我们遇到了以下问题：

客户阻塞于（标准输入上的）fgets调用期间，服务器进程会被杀死。服务器TCP虽然正确地给客户TCP发送一个FIN,但是既然客户进程阻塞于从标准输入读入的过程，它直到从套接口读时才会看到这个文件结束符（可能已经过了很长时间）。我们需要有这样的能力：如果一个或者多个I/O条件满足（例如：输入已准备好，或者描述字可以承接更多的输出）时，我们就被通知到。这个能力称为I/O复用，是由函数select、poll、epoll支持的。

一般输入操作有两个不同的阶段：

1. 等待数据准备好；

2. 从内核到进程拷贝数据。

1. select函数

int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

maxfdp1：表示要被测试的最大描述字加1（从参数maxfdp1命名我们可以略知一二）；
readset、writeset、exceptset：指定我们要让内核测试读、写和异常条件的描述字；

那么在设计上有一个问题，如何为这三个参数的每一个指定一个或多个描述字值。函数select使用描述字集，它一般是一个整数数组，每个整数中的每一位对应一个描述字。例如，用32位整数数组，那么数组的第一个元素的第一个元素对应于描述字0到31，数组的第二个元素对应于描述字32到63，以此类推。

每一个描述字是如何与fd_set集合中的每一个一一对应的呢？就是用到了下面的四个与select函数相关的宏：

FD_ZERO(fd_set *fdset)：清空fdset与所有描述字的联系。　　

FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立描述字fd与fdset的联系。　　

FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除描述字fd与fdset的联系。　　

FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)：检查fdset联系的描述字fd是否可读写，当>0表示可读写。

timeout：它告诉内核花多长时间等待一组指定的描述字中的任一个准备好。

有三种可能：

a. 永远等待下去：仅在有一个描述字准备好I/O时才返回，为此，我们将参数timeout设置为空指针；

b. 等待固定时间：在有一个描述字准备好I/O时返回，但不超过由timeout参数所指定的时间。若超过时间则直接返回；

c. 根本不等待：检查描述字后立即返回，这称为轮询(polling)。为了实现这一点，参数timeout必须指向结构timeval，且定时器的值(由结构timeval指定的秒数和微秒数)必须为0

在前两者情况的等待中，如果进程捕获了一个信号并从信号处理程序返回，那么等待一般被中断。

中间三个参数readset,wirteset和exceptset指定我们要让内核测试读写和异常条件所需的描述字，参数maxfdp1说明了被测试的描述符的个数，它的值是要被测试的最大的描述符加1.

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