1.IO多路复用的概念

• IO多路复用形象举例 - ZqurGy - 博客园 (cnblogs.com)
• 单线程或单进程同时监测若干个文件描述符是否可以执行IO操作的能力。

2.为什么出现IO多路复用

• 服务器需要维护N多个与客户端之间的socketfd；并且在receive之前需要知道数据知否出现---》组件IO多路复用技术出现---》解决检测服务器端N多个fd的状态

  • Tcp是有连接的，Udp是无连接---》上述情况出现在Tcp连接情况

• IO多路复用的三种方案：select/poll/epoll

  • select(fds+1, rds, wds, timeout)
  • poll(fds, nfd, timeout)
  • epoll
    • epoll_create(size/flags)--》创建根节点---》epoll实例
    • epoll_ctl(fd, op, events)---》挂载fd节点
    • epoll_wait(fd, events, maxevents, timeout)---》检测

• Tcp建立连接---》需要的fds放入IO多路复用中管理---》检测fd缓存状态---》receive

  • receive(fd,buff,sizeof(buff),0)

3.IO多路复用区别特点

	select	poll	epoll
性能	随IO处理数增加，性能逐渐下降；并且连接数有限制	随IO处理数增加，性能逐渐下降	随IO处理数增加，性能基本上不会下降
连接数	最大连接数1024；处理1024以上则需要修改宏FD_SETSIZE，重新编译	无限制	无限制
数据结构	不确定，有数组的可能，但是为线性结构	不确定，有链表的可能，但是为线性结构	红黑树，队列
处理方式	线性轮询	线性轮询	回调callback
内存拷贝	所有fds从用户空间和内核空间来回拷贝**	所有fds从用户空间和内核空间来回拷贝	epoll_wait()只需要从就绪队列上拷贝由内核空间到用户空间
使用复杂度	低	低	中
时间复杂度	O(n)	O(n)	O()

• select/poll
  • 拷贝fds--》从用户空间至内核
  • for(;;)进行遍历判断
    • select：进行分类rds，wds，eds
    • poll：pollfd维护自身状态
  • 从内核拷贝至用户空间
• epoll
  • epoll_create--->创建一个根节点
  • epoll_ctl---》挂载节点
  • epoll_wait---》从内核到用户只拷贝满足条件的节点，从就绪队列中拷贝
• 在哪些场景下 select比epoll更合适？
  • IO数量不多，且使用多线程多进程的情况使用select比epoll更合适
    • epoll使用红黑树，必须需要加锁，消耗的资源更多

红黑树：

? 等待补充链接

3.IO多路复用源码

• select：kern_select---》core_sys_select---》do_select---linux-6.0.2\fs\select.c

  • static int kern_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,fd_set __user *exp, struct __kernel_old_timeva l __user *tvp){
    	struct timespec64 end_time, *to = NULL;
    	struct __kernel_old_timeva l tv;
    	int ret;
    	if (tvp) {
            //copy_from_user从用户空间拷贝fds
    		if (copy_from_user(&tv, tvp, sizeof(tv)))
    			return -EFAULT;
    		to = &end_time;
    		if (poll_select_set_timeout(to,
    				tv.tv_sec + (tv.tv_usec / USEC_PER_SEC),
    				(tv.tv_usec % USEC_PER_SEC) * NSEC_PER_USEC))
    			return -EINVAL;
    	}
        //调用select--》core_sys_select
    	ret = core_sys_select(n, inp, outp, exp, to);
    	return poll_select_finish(&end_time, tvp, PT_TIMeva l, ret);
    }
    

  • int core_sys_select(int n, fd_set __user *inp, fd_set __user *outp,
    			   fd_set __user *exp, struct timespec64 *end_time)
    {
    	......
        //加读锁,读取文件数量
        rcu_read_lock();
    	fdt = files_fdtable(current->files);
    	max_fds = fdt->max_fds;
    	rcu_read_unlock();
        ......
    	//select底层处理---》do_select
    	ret = do_select(n, &fds, end_time);
    
    	if (ret < 0)
    		goto out;
    	if (!ret) {
    		ret = -ERESTARTNOHAND;
    		if (signal_pending(current))
    			goto out;
    		ret = 0;
    	}
    	......
    out_nofds:
    	return ret;
    }
    

  • static int do_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec64 *end_time)
    {
        .....
        //读锁，读取文件数量
    	rcu_read_lock();
    	retval = max_select_fd(n, fds);
    	rcu_read_unlock();
    	.....
        //通过循环遍历，主要流程流程
    	for (;;) {
    		unsigned long *rinp, *routp, *rexp, *inp, *outp, *exp;
    		bool can_busy_loop = false;
    
    		inp = fds->in; outp = fds->out; exp = fds->ex;
    		rinp = fds->res_in; routp = fds->res_out; rexp = fds->res_ex;
    
    		for (i = 0; i < n; ++rinp, ++routp, ++rexp) {
    			unsigned long in, out, ex, all_bits, bit = 1, j;
    			unsigned long res_in = 0, res_out = 0, res_ex = 0;
    			__poll_t mask;
    
    			in = *inp++; out = *outp++; ex = *exp++;
    			all_bits = in | out | ex;
    			if (all_bits == 0) {
    				i += BITS_PER_LONG;
    				continue;
    			}
    
    			for (j = 0; j < BITS_PER_LONG; ++j, ++i, bit &