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select,poll,epoll實現分析—結合內核源代碼

日期:2017/3/1 10:23:20   编辑:Linux編程

select,poll,epoll都是IO多路復用的機制。所謂I/O多路復用機制,就是說通過一種機制,可以監視多個描述符,一旦某個描述符就緒(一般是讀就緒或者寫就緒),能夠通知程序進行相應的讀寫操作。但select,poll,epoll本質上都是同步I/O,因為他們都需要在讀寫事件就緒後自己負責進行讀寫,也就是說這個讀寫過程是阻塞的,而異步I/O則無需自己負責進行讀寫,異步I/O的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。關於阻塞,非阻塞,同步,異步將在下一篇文章詳細說明。

select和poll的實現比較相似,目前也有很多為人诟病的缺點,epoll可以說是select和poll的增強版。

一、select實現

1、使用copy_from_user從用戶空間拷貝fd_set到內核空間

2、注冊回調函數__pollwait

3、遍歷所有fd,調用其對應的poll方法(對於socket,這個poll方法是sock_poll,sock_poll根據情況會調用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll)

4、以tcp_poll為例,其核心實現就是__pollwait,也就是上面注冊的回調函數。

5、__pollwait的主要工作就是把current(當前進程)掛到設備的等待隊列中,不同的設備有不同的等待隊列,對於tcp_poll來說,其等待隊列是sk->sk_sleep(注意把進程掛到等待隊列中並不代表進程已經睡眠了)。在設備收到一條消息(網絡設備)或填寫完文件數據(磁盤設備)後,會喚醒設備等待隊列上睡眠的進程,這時current便被喚醒了。

6、poll方法返回時會返回一個描述讀寫操作是否就緒的mask掩碼,根據這個mask掩碼給fd_set賦值。

7、如果遍歷完所有的fd,還沒有返回一個可讀寫的mask掩碼,則會調用schedule_timeout是調用select的進程(也就是current)進入睡眠。當設備驅動發生自身資源可讀寫後,會喚醒其等待隊列上睡眠的進程。如果超過一定的超時時間(schedule_timeout指定),還是沒人喚醒,則調用select的進程會重新被喚醒獲得CPU,進而重新遍歷fd,判斷有沒有就緒的fd。

8、把fd_set從內核空間拷貝到用戶空間。

總結:

select的幾大缺點:

(1)每次調用select,都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態,這個開銷在fd很多時會很大

(2)同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd,這個開銷在fd很多時也很大

(3)select支持的文件描述符數量太小了,默認是1024

二、poll實現

poll的實現和select非常相似,只是描述fd集合的方式不同,poll使用pollfd結構而不是select的fd_set結構。其他的都差不多。

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