驱动开发，IO多路复用（select,poll,epoll三种实现方式的比较）

1.IO多路复用介绍

• 在使用单进程或单线程情况下，同时处理多个输入输出请求，需要用到IO多路复用；
• IO多路复用有select/poll/epoll三种实现方式；
• 由于不需要创建新的进程和线程，减少了系统资源的开销，减少了上下文切换的次数；
  • 上下文切换：从A进程切换到B进程，A进程的资源要完全替换成B进程的资源，是一个耗时的操作；
• 如果进程同时监听的多个硬件数据都没有准备好，进程切换进入休眠状态，当一个或者多个硬件数据准备就绪后，休眠的进程被唤醒，读取准备好的硬件数据。

 

2.相似的select/epoll方式介绍

框架图： 

原理：(fd代表文件描述符) 

应用层：将要监听的fd添加到可集合中，判断事件的发生，发生的事件保留到集合中，没发生的被清除；

VFS层（虚拟文件系统）：（自动执行）

1.         将用户空间的fd拷贝到内核空间，用户空间的fd被清空；
2.         通过fd回调每个fd对应的操作方法；
3.         判断操作方法的返回值，如果全为0，硬件数据都没准备好，进程进入休眠态；
4.         收到事件唤醒提示，根据集合中的每一个fd回调poll方法，找出发生事件的fd；
5.         将发生事件的fd重新拷贝回用户空间事件集合；

驱动层：向上提交等待队列头，判断condition的值，根据事件是否发生给一个合适的返回值；

硬件中断层：更改condition值，唤醒进程；

select和poll：

•         都需要把监控的文件描述符集合都在用户空间和内核空间来回拷贝，消耗资源大；
•         当有事件发生，都需要遍历文件描述符集合确认哪一个事件发生；
•         select方式能监听的文件描述符有限（1024个），poll使用pollfd结构解决了此问题；

 

3.epoll方式介绍

        被称为当前时代最好用的io多路复用方式，epoll最大的好处在是监听的fd数目的增长，不会影响执行效率；

        核心操作：一棵树（红黑树）、一张表（内核链表）以及三个接口（epoll_create/epoll_ctl/epoll_wait）；

• epoll_create：创建一个epoll句柄（红黑树根节点）；
• epoll_ctl：实现对于epoll的控制（添加/修改/删除事件）；
• epoll_wait：阻塞等待准备好的文件描述符；

 

框架图 ： 

 原理：

        epoll要把检测的事件fd挂载到内核空间红黑树上，遍历红黑树，调用每个fd对应的操作方法，找到发生事件的fd,如果没有发生事件的fd，进程休眠，如果事件发生，将发生事件的fd拷贝一份放到内核链表，每个节点对应一个fd，最后把链表的节点信息传递到用户空间的数组中，用户空间无需判断事件的发生，只需要判断事件类型（读写类型等）。

 应用层：

•         创建句柄（红黑树）；
•         打开设备文件；
•         将fd添加到红黑树上；
•         监听事件是否发生；
•         循环遍历数组，做事件的处理（判断事件类型进行读写）；

VFS层（虚拟文件系统）：（自动执行）

1.         通过fd回调每个fd对应的操作方法；
2.         判断操作方法的返回值，如果全为0，硬件数据都没准备好，进程进入休眠态；
3.         收到事件唤醒提示，根据集合中的每一个fd回调poll方法，找出发生事件的fd；
4.         将发生事件的fd拷贝到内核链表中；

驱动层：向上提交等待队列头，判断condition的值，根据事件是否发生给一个合适的返回值；

硬件中断层：更改condition值，唤醒进程；

4.select/poll,epoll对比总结

相同点：

        select,poll,epoll都是IO多路复用方式，本质上都是同步IO（读写就绪后自己负责读写）；

不同点：   

•         select/poll每次调用都要把fd集合从用户空间拷贝到内核空间，最后在从内核空间拷贝到用户空间；epoll每次调用，任意个发生事件fd往内核队列挂一次，链表数据从内核空间拷贝到用户空间一次）；
•         select最大监测事件有限（1024个），poll/epoll不受限制；
•         判断事件发生：select/poll需要不断轮询监测集合fd，epoll直接检查内核链表即可；