select poll epoll 区别
不管是面试还是平时开发工作都会遇到select poll epoll之间区别的问题，今天大概给总结一下：
| 特性 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 底层数据结构 | 数组存储文件描述符 | 链表存储文件描述符 | 红黑树存储文件描述符方式 、双链表存储就绪的文件描述符 |
| 如何从fd数据中获取就绪的fd | 遍历fd_set | 遍历链表 | 回调 |
| 时间复杂度 | 获得就绪的文件描述符需要遍历fd数组 O(n) | 获得就绪的文件描述符需要遍历fd链表O(n) | 当有就绪事件时，系统注册的回调函数就会被调用，将就绪的fd放到链表中 O(1) |
| fd数据拷贝 | 每次调用select， 需要将fd数据从用户空间拷贝到内核空间 | 每次调用poll需要将fd数据从用户空间拷贝到内核空间 | 使用内存映射mmap,不需要从用户空间频繁拷贝fd数据到内和空间，epoll_ctl时拷贝进内核，之后每次epoll_wait不需拷贝 |
| 内存使用 | 较高 | 较高 | 较低 |
| 最大连接数限制 | 有限制，一般为1024 | 无限制 | 无限制 |
应用场景
a. 连接数较少并且都很活跃,用select和poll效率更高
b. 连接数较多并且都不很活跃,使用epoll效率更高
select 缺点：
1.性能开销大：
- 调用 select 时会陷入内核，这时需要将参数中的 fd_set 从用户空间拷贝到内核空间
- 内核需要遍历传递进来的所有 fd_set 的每一位，不管它们是否就绪 2.文件描述符个数太少
poll
1.和select几乎没有区别，用户态数组方式传递文件描述符，到了 内核转变成链表存储， 无文件描述符限制， 从性能开销上 和select差别不大
- selct/poll实现方式（2次拷贝 2次遍历）：
- 将所有连接的socket放入到一个文件描述符集合—–FD_SET(socket_fd, &rd_set)；
- select函数将文件描述符集合—copy—>内核；
- 内核遍历文件描述符集合，检测到有事件发生，将该socket标记为可读、可写；
- 内核的文件描述符集合—copy—>用户态；
- 用户态遍历可读可写的socket，然后进行处理—FD_ISSET().
epoll
1.避免了 开销大的问题
2.使用红黑树存储文件描述符集合
3.使用队列存储就绪的文件描述符
4.支持边缘触发和水平触发（默认），select/poll只支持水平触发，边缘触发效率高（有数据只通知一次）。
适用场景：
1.连接数很多 且 是 不活跃的连接时，epoll 效率比其他的要高
2.当连接数较少 且活跃， 使用 select 或者 poll
例子
select
下边为写的一个 监听内核接口变化的一个例子中摘抄的部分代码：
#include <sys/ipc.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
static volatile int keepRunning = 1;
static void intHandler(int dummy)
{
/*do something*/
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int socket_fd;
int err = 0;
fd_set rd_set;
struct timeval timeout;
int select_r;
int read_r;
struct sockaddr_nl sa;
struct nlmsghdr *nh;
int len = BUFLEN;
char buff[2048] = {0};
//捕获 CTRL+c信号，使程序安全退出。
signal(SIGINT, intHandler);
/*创建套接字，
* AF_NETLINK表示netlink协议，
* SOCK_RAW 表示使用原始套接字类型， 能够与底层的数据包交互。
*/
socket_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
t_assert(socket_fd > 0);
//设置套接字， SO_RCVBUF：接收缓冲区大小
t_assert(!setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &len, sizeof(len)));
bzero(&sa, sizeof(sa));
sa.nl_family = AF_NETLINK;
sa.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_IFADDR | RTMGRP_IPV4_ROUTE;
//套接字绑定即sa，这个地址配置了要监听的网络事件组，包括网络接口状态变化、IPv4地址变化和路由表变化。
t_assert(!bind(socket_fd, (struct sockaddr *) &sa, sizeof(sa)));
while (keepRunning) {
//初始化文件描述符集合rd_set
FD_ZERO(&rd_set);
//将socket_fd添加到集合中，表示要监听socket_fd上的可读事件
FD_SET(socket_fd, &rd_set);
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;
//等待套接字上的事件发生即socket_fd， select函数会一直阻塞程序。直到：1.套接字上有程序可读，2.超时。
select_r = select(socket_fd + 1, &rd_set, NULL, NULL, &timeout);
/*1.返回值：
* 正数：正数值表示就绪文件描述符的数量
* 0：表示在超时时间内没有任何准备就绪描述符， 通常用于超时处理，指示没有时间发生
* 负数： 表示发生了错误，以便进一步处理。
*/
if (select_r < 0) {
perror("select");
} else if (select_r > 0) {
//检测是否准备好读取或者写入操作
if (FD_ISSET(socket_fd, &rd_set)) {
//有事件发生，read从套接字中读取事件信息，这些信息由内核生成，用于通知用户空间程序网络状态的变化
read_r = read(socket_fd, buff, sizeof(buff));
for (nh = (struct nlmsghdr *) buff; NLMSG_OK(nh, read_r); nh = NLMSG_NEXT(nh, read_r)) {
/*do something*/
}
}
}
}
close(socket_fd);
error:
if (err < 0) {
ERR_SYSLOG("Error at line %d\nErrno=%d\n", -err, errno);
}
return err;
}
epoll
将上面select代码通过epoll实现一下：
/**
int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bind(s, ...);
listen(s, ...)
int epfd = epoll_create(...);
epoll_ctl(epfd, ...); //将所有需要监听的socket添加到epfd中
while(1) {
int n = epoll_wait(...);
for(接收到数据的socket){
//处理
}
}
**/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <linux/rtnetlink.h>
static volatile int keepRunning = 1;
static void intHandler(int dummy) {
keepRunning = 0;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
int socket_fd;
int err = 0;
struct epoll_event event;
struct epoll_event events[10];
int epoll_fd;
struct sockaddr_nl sa;
struct nlmsghdr *nh;
int len = 2048;
char buff[2048] = {0};
// 捕获 CTRL+c 信号，使程序安全退出。
signal(SIGINT, intHandler);
// 创建套接字
socket_fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_ROUTE);
if (socket_fd < 0) {
perror("socket");
return 1;
}
// 设置套接字 SO_RCVBUF：接收缓冲区大小
setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &len, sizeof(len));
bzero(&sa, sizeof(sa));
sa.nl_family = AF_NETLINK;
sa.nl_groups = RTMGRP_LINK | RTMGRP_IPV4_IFADDR | RTMGRP_IPV4_ROUTE;
// 套接字绑定
if (bind(socket_fd, (struct sockaddr *) &sa, sizeof(sa)) < 0) {
perror("bind");
close(socket_fd);
return 1;
}
// 创建 epoll 实例
epoll_fd = epoll_create1(0);
if (epoll_fd == -1) {
perror("epoll_create1");
close(socket_fd);
return 1;
}
event.data.fd = socket_fd;
event.events = EPOLLIN;
// 添加套接字描述符到 epoll 实例中
if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, socket_fd, &event) == -1) {
perror("epoll_ctl");
close(socket_fd);
close(epoll_fd);
return 1;
}
while (keepRunning) {
int numEvents = epoll_wait(epoll_fd, events, 10, 5000);
if (numEvents < 0) {
perror("epoll_wait");
break;
} else if (numEvents > 0) {
for (int i = 0; i < numEvents; i++) {
if (events[i].data.fd == socket_fd) {
int read_r = read(socket_fd, buff, sizeof(buff));
if (read_r < 0) {
perror("read");
} else {
for (nh = (struct nlmsghdr *) buff; NLMSG_OK(nh, read_r); nh = NLMSG_NEXT(nh, read_r)) {
/* do something */
}
}
}
}
}
}
close(epoll_fd);
close(socket_fd);
return 0;
}
epoll 的方式即使监听的 Socket 数量越多的时候，效率不会大幅度降低，能够同时监听的 Socket 的数目也非常的多了，上限就为系统定义的进程打开的最大文件描述符个数。因而，epoll 被称为解决 C10K 问题的利器。
下边是从小林那儿找的图片：
第一点，epoll 在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的 socket 通过 epoll_ctl() 函数加入内核中的红黑树里，红黑树是个高效的数据结构，增删改一般时间复杂度是 O(logn)。而 select/poll 内核里没有类似 epoll 红黑树这种保存所有待检测的 socket 的数据结构，所以 select/poll 每次操作时都传入整个 socket 集合给内核，而 epoll 因为在内核维护了红黑树，可以保存所有待检测的 socket ，所以只需要传入一个待检测的 socket，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。
第二点， epoll 使用事件驱动的机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中，当用户调用 epoll_wait() 函数时，只会返回有事件发生的文件描述符的个数，不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个 socket 集合，大大提高了检测的效率。
