【网络基础知识】select、poll和epoll

╰半夏微凉° 2023-02-23 09:28 25阅读 0赞

## select、poll和epoll ##

*  select

> 通过一个select()系统调用来见识多个文件描述符的数组，当select()返回后，该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位，使得进程可以获得这些文件描述符从而进行后续的读写操作。

> select优缺点：

*  优点：目前几乎支持所有平台，优点是良好的跨平台支持；
 *  缺点：
    
     *  单个进程能够见识的文件描述符存在最大限制，linux一般是1024，不过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；
     *  select()说维护的存储大量文件描述符的数据结构，随着文件描述符的数量增大，其复制开销也线性增长；
     *  网络响应时间的延迟使得大量TCP链接处于非活跃状态，但调用select()会对所有socket进行一次线性扫描，所以这也浪费一定的开销。
 *  poll

> 和select在本质上没有多大差别，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。

> poll的优缺点：

*  优点：select()和poll()将就绪的文件描述符告诉进程后，不管进程有没有对其进行IO操作，再次调用的时候将会报告这些文件的描述符，就绪信息不会丢失；
 *  缺点：包含大量的文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大；
 *  epoll

> epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本，同时支持水平触发和边缘触发。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

> epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll\_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。

> epoll采用基于事件的就绪通知方式，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。

# 基于select实现的socket服务端
    import socket
    import select
    
    # 创建套接字对象
    sk = socket.socket()
    
    # 绑定套接字
    sk.bind(('127.0.0.1', 9999))
    
    # 将该socket变为服务模式，5表示服务器没有调用accept进行处理的连接个数为最大为5，这个值不能无限大，内核要维护连接队列
    sk.listen(5)
    
    # 初始化读取数据的监听列表，最开始从sk这个套接字上读取数据
    inputs = [sk, ]
    # 初始化写入数据的监听列表，最开始并没有客户端连接进来，所以列表为空
    outputs = []
    # 保存客户端发送过来的消息记录
    messages = {
        }
    
    while True:
        # 调用select监听所有列表中的套接字，将发生变化的套接字加入对应列表
        """
        监听可读、可写、异常三类事件
        rlist: 被读的socket
        wlist: 被写的socket
        e: 异常的socket
        """
        rlist, wlist, e = select.select(inputs, outputs, [], 2)
        print(len(inputs), len(rlist), len(wlist), len(outputs))
        for r in rlist:
            if r == sk:
                conn, addr = r.accept()
                conn.sendall(bytes("Hello", encoding="utf-8"))
                inputs.append(conn)
                messages[conn] = []  # 为客户端创建一个存储接受信息的列表
            else:
                try:
                    data = r.recv(1024)
                    if not data:
                        raise Exception("断开连接")
                    else:
                        outputs.append(r)  # 标记谁给我发送过消息
                        messages[r].append(data)
    
                except Exception as e:
                    inputs.remove(r)  # 移除的客户端，放置下次循环时异常报错
                    del messages[r]
    
        for w in wlist:  # 遍历所有给我发送消息的用户，以此给予回复
            msg = messages[w].pop()
            resp = msg + bytes('respone', encoding="utf-8")
            w.sendall(resp)
            outputs.remove(w)  # 将回复过信息的用户从列表中移除，放置下次循环重复回复用户

# 基于select实现的socket客户端
    import socket
    
    s = socket.socket()
    s.connect(('127.0.0.1', 9999))
    data = s.recv(1024)
    print(data.decode("utf-8"))
    
    while True:
        inp = input(">>>")
        s.sendall(bytes(inp, encoding="utf-8"))
        print(s.recv(1024).decode("utf-8"))