IO多路复用模型实现机制详解(Linux)

IO多路复用模型通常用于提高系统的并发处理能力，其中最常见的是select、poll和epoll。

1. select系统调用：

   • 使用fd_set结构体来维护所有需要监听的文件描述符集合。
   • 调用select时，内核会阻塞当前进程，直到有一个或多个文件描述符变得可读、可写或出现异常。
   • 每次调用select都需要把所有需要监听的文件描述符集合从用户空间复制到内核空间，效率较低。

2. poll系统调用：

   • 与select类似，但poll使用pollfd数组而不是fd_set结构体。
   • 解决了fd_set的最大文件描述符数量限制问题。
   • 与select效率相当。

3. epoll系统调用（是Linux下高性能网络编程的核心）：

   • 使用epoll_create创建一个epoll的文件描述符。
   • 使用epoll_ctl添加、修改或删除需要监听的文件描述符。
   • 使用epoll_wait等待发生事件的文件描述符，该调用是非阻塞的。
   • 通过内核和用户空间共享一个红黑树来保存文件描述符，效率较高。
   • 使用mmap技术，减少了内存拷贝，性能更高。
   • 支持水平触发和边缘触发两种模式。

以下是一个简单的epoll使用示例：

#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    int epfd = epoll_create(10); // 创建一个epoll的文件描述符，能够监听10个事件
    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN; // 监听读事件
    event.data.fd = STDIN_FILENO; // 标准输入文件描述符
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &event); // 添加需要监听的文件描述符
 
    struct epoll_event events[10]; // 准备10个epoll_event空间用于epoll_wait返回的事件
    int ret = epoll_wait(epfd, events, 10, -1); // 阻塞等待事件发生
 
    if (ret > 0) {
        for (int i = 0; i < ret; i++) {
            if (events[i].data.fd == STDIN_FILENO) {
                // 处理标准输入的读事件
            }
        }
    }
 
    close(epfd); // 关闭epoll文件描述符
    return 0;
}

这段代码创建了一个epoll实例，并将标准输入（STDIN_FILENO）添加到监听列表中。然后，它使用epoll_wait等待输入变得可读。如果有事件发生，它会循环处理每个发生的事件。这里的epoll_wait调用是阻塞的，直到有事件发生或者进程接收到一个信号。