本文将介绍操作系统中的 IO 多路复用机制。

一、什么是 IO 多路复用？

IO 多路复用允许一个线程处理多个 IO 流。

二、Select

• 最早出现在 Unix 系统上
• 工作方式：
  • 调用：进程调用 select 方法，传入需要监视的文件描述符集合
  • 监控：系统会遍历集合，当有文件描述符就绪时，将其标记为可读 / 可写，方法返回
  • 处理：进程遍历集合，寻找并处理就绪的文件描述符
  • 重复：进程处理完成，再次调用 select 方法以处理剩余的集合
• 缺点：
  • 两次拷贝：函数调用时，需要将集合从用户态拷贝到内核态；函数返回时，需要将修改后的集合从内核态拷贝到用户态
  • n + 1 次遍历：函数执行时，系统会对集合做若干次遍历，监控其就绪情况；函数返回后，进程需要遍历集合以寻找并处理就绪的文件描述符

三、Poll

• 与 select 类似，区别在于没有文件描述符数量的限制

四、Epoll

• Linux 系统上引入的一种高效的 IO 多路复用实现

• 工作方式：

  • 创建池子：进程调用 epoll_create 方法，创建池子

  • 增删改查：进程调用 epoll_ctl 方法，增删改查文件描述符

    epoll 池内部会使用红黑树对文件描述符进行管理，保证查找性能

  • 等待：进程调用 epoll_wait 方法，进入等待

  • 监听：系统会监听集合，并在它们成功建立连接、成功接收请求时触发相应的事件，并将事件存储到队列中

  • 回调：系统进行事件出队，epoll_wait 方法返回

  • 处理：进程应该遍历返回的事件集合，进行处理即可

• 优势：

  • 进程不再需要遍历所有的文件描述符，避免了遍历的开销

参考

• 操作系统导论