linuxselect阻塞

⑴ 关于linux下的select/epoll

select这个系统调用的原型如下

第一个参数nfds用来告诉内核 要扫描的socket fd的数量+1 ，select系统调用最大接收的数量是1024，但是如果每次都去扫描1024，实际上的数量并不多，则效率太低，这里可以指定需要扫描的数量。 最大数量为1024，如果需要修改这个数量，则需要重新编译Linux内核源码。
第2、3、4个参数分别是readfds、writefds、exceptfds，传递的参数应该是fd_set 类型的引用，内核会检测每个socket的fd， 如果没有读事件，就将对应的fd从第二个参数传入的fd_set中移除，如果没有写事件，就将对应的fd从第二个参数的fd_set中移除，如果没有异常事件，就将对应的fd从第三个参数的fd_set中移除 。这里我们应该 要将实际的readfds、writefds、exceptfds拷贝一份副本传进去，而不是传入原引用，因为如果传递的是原引用，某些socket可能就已经丢失 。
最后一个参数是等待时间， 传入0表示非阻塞，传入>0表示等待一定时间，传入NULL表示阻塞，直到等到某个socket就绪 。

FD_ZERO()这个函数将fd_set中的所有bit清0，一般用来进行初始化等。
FD_CLR()这个函数用来将bitmap(fd_set )中的某个bit清0，在客户端异常退出时就会用到这个函数，将fd从fd_set中删除。
FD_ISSET()用来判断某个bit是否被置1了，也就是判断某个fd是否在fd_set中。
FD_SET()这个函数用来将某个fd加入fd_set中，当客户端新加入连接时就会使用到这个函数。

epoll_create系统调用用来创建epfd，会在开辟一块内存空间(epoll的结构空间)。size为epoll上能关注的最大描述符数，不够会进行扩展，size只要＞0就行，早期的设计size是固定大小，但是现在size参数没什么用，会自动扩展。
返回值是epfd，如果为-1则说明创建epoll对象失败 。

第一个参数epfd传入的就是epoll_create返回的epfd。
第二个参数传入对应操作的宏，包括 增删改(EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_DEL、EPOLL_CTL_MOD) 。
第三个参数传入的是 需要增删改的socket的fd 。
第四个参数传入的是 需要操作的fd的哪些事件 ，具体的事件可以看后续。
返回值是一个int类型，如果为-1则说明操作失败 。

第一个参数是epfd，也就是epoll_create的返回值。
第二个参数是一个epoll_event类型的指针，也就是传入的是一个数组指针。 内核会将就绪的socket的事件拷贝到这个数组中，用户可以根据这个数组拿到事件和消息等 。
第三个参数是maxevents，传入的是 第二个参数的数组的容量 。
第四个参数是timeout， 如果设为-1一直阻塞直到有就绪数据为止，如果设为0立即返回，如果＞0那么阻塞一段时间 。
返回值是一个int类型，也就是就绪的socket的事件的数量(内核拷贝给用户的events的元素的数量)，通过这个数量可以进行遍历处理每个事件 。

一般需要传入 ev.data.fd 和 ev.events ，也就是fd和需要监控的fd的事件。事件如果需要传入多个，可以通过按位与来连接，比如需要监控读写事件，只需要像如下这样操作即可： ev.events=EPOLLIN | EPOLLOUT 。

LT(水平触发)， 默认 的工作模式， 事件就绪后用户可以选择处理和不处理，如果用户不处理，内核会对这部分数据进行维护，那么下次调用epoll_wait()时仍旧会打包出来 。
ET(边缘触发)，事件就绪之后， 用户必须进行处理 ，因为内核把事件打包出来之后就把对应的就绪事件给清掉了， 如果不处理那么就绪事件就没了 。ET可以减少epoll事件被重复触发的次数，效率比LT高。
如果需要设置为边缘触发只需要设置事件为类似 ev.events=EPOLLIN | EPOLLET 即可 。

select/poll/epoll是nio多路复用技术， 传统的bio无法实现C10K/C100K ，也就是无法满足1w/10w的并发量，在这么高的并发量下，在进行上下文切换就很容易将服务器的负载拉飞。

1.将fd_set从用户态拷贝到内核态
2.根据fd_set扫描内存中的socket的fd的状态，时间复杂度为O(n)
3.检查fd_set，如果有已经就绪的socket，就给对应的socket的fd打标记，那么就return 就绪socket的数量并唤醒当前线程，如果没有就绪的socket就继续阻塞当前线程直到有socket就绪才将当前线程唤醒。
4.如果想要获取当前已经就绪的socket列表，则还需要进行一次系统调用，使用O(n)的时间去扫描socket的fd列表，将已经打上标记的socket的fd返回。

CPU在同一个时刻只能执行一个程序，通过RR时间片轮转去切换执行各个程序。没有被挂起的进程(线程)则在工作队列中排队等待CPU的执行，将进程(线程)从工作队列中移除就是挂起，反映到Java层面的就是线程的阻塞。

什么是中断？当我们使用键盘、鼠标等IO设备的时候，会给主板一个电流信号，这个电流信号就给CPU一个中断信号，CPU执行完当前的指令便会保存现场，然后执行键盘/鼠标等设备的中断程序，让中断程序获取CPU的使用权，在中断程序后又将现场恢复，继续执行之前的进程。

如果第一次没检测到就绪的socket，就要将其进程(线程)从工作队列中移除，并加入到socket的等待队列中。

socket包含读缓冲区+写缓冲区+等待队列(放线程或eventpoll对象)

当从客户端往服务器端发送数据时，使用TCP/IP协议将通过物理链路、网线发给服务器的网卡设备，网卡的DMA设备将接收到的的数据写入到内存中的一块区域(网卡缓冲区)，然后会给CPU发出一个中断信号，CPU执行完当前指令则会保存现场，然后网卡的中断程序就获得了CPU的使用权，然后CPU便开始执行网卡的中断程序，将内存中的缓存区中的数据包拿出，判断端口号便可以判断它是哪个socket的数据，将数据包写入对应的socket的读(输入)缓冲区，去检查对应的socket的等待队列有没有等待着的进程(线程)，如果有就将该线程(进程)从socket的等待队列中移除，将其加入工作队列，这时候该进程(线程)就再次拥有了CPU的使用权限，到这里中断程序就结束了。

之后这个进程(线程)就执行select函数再次去检查fd_set就能发现有socket缓冲区中有数据了，就将该socket的fd打标记，这个时候select函数就执行完了，这时候就会给上层返回一个int类型的数值，表示已经就绪的socket的数量或者是发生了错误。这个时候就再进行内核态到用户态的切换，对已经打标记的socket的fd进行处理。

将原本1024bit长度的bitmap(fd_set)换成了数组的方式传入 ，可以 解决原本1024个不够用的情况 ，因为传入的是数组，长度可以不止是1024了，因此socket数量可以更多，在Kernel底层会将数组转换成链表。

在十多年前，linux2.6之前，不支持epoll，当时可能会选择用Windows/Unix用作服务器，而不会去选择Linux，因为select/poll会随着并发量的上升，性能变得越来越低，每次都得检查所有的Socket列表。

1.select/poll每次调用都必须根据提供所有的socket集合，然后就 会涉及到将这个集合从用户空间拷贝到内核空间，在这个过程中很耗费性能 。但是 其实每次的socket集合的变化也许并不大，也许就1-2个socket ，但是它会全部进行拷贝，全部进行遍历一一判断是否就绪。

2.select/poll的返回类型是int，只能代表当前的就绪的socket的数量/发生了错误， 如果还需要知道是哪些socket就绪了，则还需要再次使用系统调用去检查哪些socket是就绪的，又是一次O(n)的操作，很耗费性能 。

1.epoll在Kernel内核中存储了对应的数据结构(eventpoll)。我们可以 使用epoll_create()这个系统调用去创建一个eventpoll对象 ，并返回eventpoll的对象id(epfd)，eventpoll对象主要包括三个部分：需要处理的正在监听的socket_fd列表(红黑树结构)、socket就绪列表以及等待队列(线程)。

2.我们可以使用epoll_ctl()这个系统调用对socket_fd列表进行CRUD操作，因为可能频繁地进行CRUD，因此 socket_fd使用的是红黑树的结构 ，让其效率能更高。epoll_ctl()传递的参数主要是epfd(eventpoll对象id)。

3.epoll_wait()这个系统调用默认会 将当前进程(线程)阻塞，加入到eventpoll对象的等待队列中，直到socket就绪列表中有socket，才会将该进程(线程)重新加入工作队列 ，并返回就绪队列中的socket的数量。

socket包含读缓冲区、写缓冲区和等待队列。当使用epoll_ctl()系统调用将socket新加入socket_fd列表时，就会将eventpoll对象引用加到socket的等待队列中， 当网卡的中断程序发现socket的等待队列中不是一个进程(线程)，而是一个eventpoll对象的引用，就将socket引用追加到eventpoll对象的就绪列表的尾部 。而eventpoll对象中的等待队列存放的就是调用了epoll_wait()的进程(线程)，网卡的中断程序执行会将等待队列中的进程(线程)重新加入工作队列，让其拥有占用CPU执行的资格。epoll_wait()的返回值是int类型，返回的是就绪的socket的数量/发生错误，-1表示发生错误。

epoll的参数有传入一个epoll_event的数组指针(作为输出参数)，在调用epoll_wait()返回的同时，Kernel内核还会将就绪的socket列表添加到epoll_event类型的数组当中。

⑵ Linux内核中select，poll和epoll的区别

在Linux Socket服务器短编程时，为了处理大量客户的连接请求，需要使用非阻塞I/O和复用，select、poll
和epoll是Linux API提供的I/O复用方式，自从Linux 2.6中加入了epoll之后，在高性能服务器领域得到广泛的
应用，现在比较出名的nginx就是使用epoll来实现I/O复用支持高并发，目前在高并 发的场景下，nginx越来越
收到欢迎。
select:
下面是select的函数接口：
[cpp] view plain
int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
select 函数监视的文件描述符分3类，分别是writefds、readfds、和exceptfds。调用后select函数会阻塞，直
到有描述副就绪（有数据 可读、可写、或者有except），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为
null即可），函数返回。当select函数返回后，可以 通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。
select目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点。select的一 个缺点在于单个进程
能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在Linux上一般为1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的
方式提升这一限制，但 是这样也会造成效率的降低。
poll：
[cpp] view plain
int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
不同与select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个 pollfd的指针实现。

[cpp] view plain
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events to watch */
short revents; /* returned events witnessed */
};

pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递的方式。同时，pollfd并没有
最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。 和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取
就绪的描述符。
从上面看，select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。事实上，同时连接的
大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。
epoll:
epoll的接口如下：
[cpp] view plain
int epoll_create(int size)；
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
主要是epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait三个函数。epoll_create函数创建epoll文件描述符，参数size并
'不是限制了epoll所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。返回是epoll描
述符。-1表示创建失败。epoll_ctl 控制对指定描述符fd执行op操作，event是与fd关联的监听事件。op操作
有三种：添加EPOLL_CTL_ADD，删除EPOLL_CTL_DEL，修改EPOLL_CTL_MOD。分别添加、删除和
修改对fd的监听事件。epoll_wait 等待epfd上的io事件，最多返回maxevents个事件。
在 select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通
过epoll_ctl()来注册一 个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，
迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait() 时便得到通知。
epoll的优点主要是一下几个方面：

1. 监视的描述符数量不受限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048,
举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左 右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个
数目和系统内存关系很大。select的最大缺点就是进程打开的fd是有数量限制的。这对 于连接数量比较大的
服务器来说根本不能满足。虽然也可以选择多进程的解决方案( Apache就是这样实现的)，不过虽然linux上面
创建进程的代价比较小，但仍旧是不可忽视的，加上进程间数据同步远比不上线程间同步的高效，所以也 不是
一种完美的方案。
2. IO的效率不会随着监视fd的数量的增长而下降。epoll不同于select和poll轮询的方式，而是通过每个fd定义的
回调函数来实现的。只有就绪的fd才会执行回调函数。
3.支持电平触发和边沿触发（只告诉进程哪些文件描述符刚刚变为就绪状态，它只说一遍，如果我们没有采取
行动，那么它将不会再次告知，这种方式称为边缘触发）两种方式，理论上边缘触发的性能要更高一些，但是
代码实现相当复杂。
4.mmap加速内核与用户空间的信息传递。epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存，避免了无畏的内存拷贝。