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  • select和epoll的实现

    select:fd_set是输入结果参数,每次select之后,还得重置fd_set

    (1)使用copy_from_user从用户空间拷贝fd_set到内核空间,第一步需要复制所有感兴趣的文件描述符到内核态

    (2)注册回调函数__pollwait

    (3)遍历所有fd,调用其对应的poll方法(对于socket,这个poll方法是sock_poll,sock_poll根据情况会调用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll)

    (4)以tcp_poll为例,其核心实现就是__pollwait,也就是上面注册的回调函数。

    (5)__pollwait的主要工作就是把current(当前进程)挂到设备的等待队列中,不同的设备有不同的等待队列,对于tcp_poll来说,其等待队列是sk->sk_sleep(注意把进程挂到等待队列中并不代表进程已经睡眠了)。在设备收到一条消息(网络设备)或填写完文件数据(磁盘设备)后,会唤醒设备等待队列上睡眠的进程,这时current便被唤醒了。(设备可以用fd表示,设备是通过fd和进程相关联的)

    (6)poll方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的mask掩码,根据这个mask掩码给fd_set赋值。

    (7)如果遍历完所有的fd,还没有返回一个可读写的mask掩码,则会调用schedule_timeout是调用select的进程(也就是current)进入睡眠。当设备驱动发生自身资源可读写后,会唤醒其等待队列上睡眠的进程,然后继续循环遍历fd。如果超过一定的超时时间(schedule_timeout指定),还是没人唤醒,则调用select的进程会重新被唤醒获得CPU,进而重新遍历fd,判断有没有就绪的fd。

    (8)把fd_set从内核空间拷贝到用户空间。

    性能瓶颈:

    (1)数千个设备fd在每次调用时,都需要将其从用户空间复制到内核空间, 这里的开销不可忽略,从内核态到用户态的拷贝,也不可忽略

    (2)同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd,对于每个fd都得调用poll方法,这个开销在fd很多时也很大

    循环调用poll方法,也就是循环把current进程挂到设备中,目的是设备fd就绪的时候,能够唤醒进程。

    epoll:

    所有添加到epoll中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系,也就是说,当相应的事件发生时会调用这个回调方法。这个回调方法在内核中叫ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。

    epoll的解决方案不像select或poll一样每次都把current轮流加入fd对应的设备等待队列中,而只在epoll_ctl时把current挂一遍(这一遍必不可少)并为每个fd指定一个回调函数,当设备就绪,唤醒等待队列上的等待者时,就会调用这个回调函数,而这个回调函数会把就绪的fd加入一个就绪链表)。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd(利用schedule_timeout()实现睡一会,判断一会的效果,和select实现中的第7步是类似的)

    epoll:只是在epoll_ctl的时候,把current进程挂到fd设备的等待队列中,而且设置fd对应的回调函数,当fd就绪的时候,唤醒进程,然后将fd加入rdlist链表中。这样在一次epoll中,就只需要挂在设备中一次。而select中,在fd就绪的时候,重新遍历fd的时候,还得调用poll方法,此方法把current(当前进程)挂到设备的等待队列中。

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