I/O Multiplexing

Posted 2020-12-20 eimadrigal

当多个独立的I/O事件同时发生时，I/O多路复用是一种解决方式。
为了提高服务器的吞吐量，单个线程通过记录跟踪每个I/O流的状态同时管理多个I/O流，非常类似时分复用技术。

I/O多路复用的具体实现方式有3种：select()、poll()和epoll()。

select

select()系统调用：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
select()会一直阻塞直到至少一个文件描述符就绪，可以读写，或者出现异常。
中间3个参数会被修改，表示哪个FD准备好了，最后一个表示等待时间，NULL表示无限等待。
返回就绪的FD数目，有错-1。只知道有就绪，不知道哪个FD就绪了。

int s = socket();
bind();
listen();

int fd[];  // 需要监听的socket集合
while (1) {
	int n = select();
	for (int i = 0; i < fd.size(); ++i) {
		if (FD_ISSET()) {  // 判断哪个socket接收到数据
			// 处理数据
		}
	}
}

select()是阻塞方法，只有某个socket接收到数据才会继续执行，唤醒进程。
直接的方式缺点就比较多：

• 时间开销大，所以规定最多监听1024个socket；
• 每次调用都要把fd集合从用户态拷贝到内核态。
• 线程不安全：

If a file descriptor being monitored by select() is closed in another thread, the result is unspecified.

poll

去掉了1024的限制，线程不安全。

epoll

线程安全，知道哪个FD就绪，只有Linux支持。
相比于select()，epoll()不会无差别轮询，只处理接收到数据的socket，这样复杂度就降低为(O(k))。

Reference

I/O多路复用是什么意思