python 学习分享-select等

首先列一下，sellect、poll、epoll三者的区别 
select 
select最早于1983年出现在4.2BSD中，它通过一个select()系统调用来监视多个文件描述符的数组(在linux中一切事物皆文件，块设备，socket连接等。)，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（变成ready），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会不断监视网络接口的某个目录下有多少文件描述符变成ready状态【在网络接口中，过来一个连接就会建立一个'文件'】，变成ready状态后，select就可以操作这个文件描述符了）。

【socketserver是通过多线程来处理多个请求，每个连接过来分配一个线程来处理，但是select是单进程的，一个进程执行代码肯定就是串行的，但是现在就要通过一个进程来实现并发的效果，一个进程下只有一个主线程，也就说说用一个线程实现并发的效果。为什么要用一个进程实现多并发而不采用多线程实现多并发呢？==========答：因为一个进程实现多并发比多线程是实现多并发的效率还要高，因为启动多线程会有很多的开销，而且CPU要不断的检查每个线程的状态，确定哪个线程是否可以执行。这个对系统来说也是有压力的，用单进程的话就可以避免这种开销和给系统带来的压力，那么单进程是如何实现多并发的呢？？？========答：很巧妙的使用了生产者和消费者的模式（异步），生产者和消费者可以实现非阻塞，一个socketserver通过select接收多个连接过来（之前的socket一个进程只能接收一个连接，当接收新的连接的时候产生阻塞，因为这个socket进程要先和客户端进行通信，二者是彼此互相等待的【客户端发一条消息，服务端收到，客户端等着返回....服务端等着接收.........】一直在阻塞着，这个时候如果再来一个连接，要等之前的那个连接断了，这个才可以连进来。-----------也就是说用基本的socket实现多进程是阻塞的。为了解决这个问题采用每来一个连接产生一个线程，是不阻塞了，但是当线程数量过多的时候，对于cpu来说开销和压力是比较大的。）对于单个socket来说，阻塞的时候大部分的时候都是在等待IO操作(网络操作也属于IO操作)。为了避免这种情况，就出现了异步=============客户端发起一个连接，会在服务端注册一个文件句柄，服务端会不断轮询这些文件句柄的列表，主进程和客户端建立连接而没有启动线程，这个时候主进程和客户端进行交互，其他的客户端是无法连接主进程的，为了实现主进程既能和已连接的客户端收发消息，又能和新的客户端建立连接，就把轮询变的非常快（死循环）去刷客户端连接进来的文件句柄的列表，只要客户端发消息了，服务端读取了消息之后，有另一个列表去接收给客户端返回的消息，也不断的去刷这个列表，刷出来后返回给客户端，这样和客户端的这次通信就完成了，但是跟客户端的连接还没有断，但是就进入了下一次的轮询。。。。。。。。。。。】

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，事实上从现在看来，这也是它所剩不多的优点之一。

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，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。

另外，select()所维护的存储大量文件描述符的数据结构，随着文件描述符数量的增大，其复制的开销也线性增长。同时，由于网络响应时间的延迟 使得大量TCP连接处于非活跃状态，但调用select()会对所有socket进行一次线性扫描，所以这也浪费了一定的开销。

poll 
poll在1986年诞生于System V Release 3，它和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和select同样存在一个缺点就是，包含大量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。

另外，select()和poll()将就绪的文件描述符告诉进程后，如果进程没有对其进行IO操作，那么下次调用select()和poll() 的时候将再次报告这些文件描述符，所以它们一般不会丢失就绪的消息，这种方式称为水平触发（Level Triggered）。

epoll 
直到Linux2.6才出现了由内核直接支持的实现方法，那就是epoll，它几乎具备了之前所说的一切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。

epoll可以同时支持水平触发和边缘触发（Edge Triggered，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），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。

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。

另一个本质的改进在于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。

#server

import select
import socket
import sys
import queue


server = socket.socket()
server.setblocking(0)

server_addr = ('localhost',10000)

print('starting up on %s port %s' % server_addr)
server.bind(server_addr)

server.listen(5)


inputs = [server, ] #自己也要监测呀,因为server本身也是个fd
outputs = []

message_queues = {}

while True:
    print("waiting for next event...")

    readable, writeable, exeptional = select.select(inputs,outputs,inputs) #如果没有任何fd就绪,那程序就会一直阻塞在这里

    for s in readable: #每个s就是一个socket

        if s is server: #别忘记,上面我们server自己也当做一个fd放在了inputs列表里,传给了select,如果这个s是server,代表server这个fd就绪了,
            #就是有活动了, 什么情况下它才有活动? 当然 是有新连接进来的时候 呀
            #新连接进来了,接受这个连接
            conn, client_addr = s.accept()
            print("new connection from",client_addr)
            conn.setblocking(0)
            inputs.append(conn) #为了不阻塞整个程序,我们不会立刻在这里开始接收客户端发来的数据, 把它放到inputs里, 下一次loop时,这个新连接
            #就会被交给select去监听,如果这个连接的客户端发来了数据 ,那这个连接的fd在server端就会变成就续的,select就会把这个连接返回,返回到
            #readable 列表里,然后你就可以loop readable列表,取出这个连接,开始接收数据了, 下面就是这么干 的

            message_queues[conn] = queue.Queue() #接收到客户端的数据后,不立刻返回 ,暂存在队列里,以后发送

        else: #s不是server的话,那就只能是一个 与客户端建立的连接的fd了
            #客户端的数据过来了,在这接收
            data = s.recv(1024)
            if data:
                print("收到来自[%s]的数据:" % s.getpeername()[0], data)
                message_queues[s].put(data) #收到的数据先放到queue里,一会返回给客户端
                if s not  in outputs:
                    outputs.append(s) #为了不影响处理与其它客户端的连接 , 这里不立刻返回数据给客户端


            else:#如果收不到data代表什么呢? 代表客户端断开了呀
                print("客户端断开了",s)

                if s in outputs:
                    outputs.remove(s) #清理已断开的连接

                inputs.remove(s) #清理已断开的连接

                del message_queues[s] ##清理已断开的连接


    for s in writeable:
        try :
            next_msg = message_queues[s].get_nowait()

        except queue.Empty:
            print("client [%s]" %s.getpeername()[0], "queue is empty..")
            outputs.remove(s)

        else:
            print("sending msg to [%s]"%s.getpeername()[0], next_msg)
            s.send(next_msg.upper())


    for s in exeptional:
        print("handling exception for ",s.getpeername())
        inputs.remove(s)
        if s in outputs:
            outputs.remove(s)
        s.close()

        del message_queues[s]

#client

import socket
import sys

messages = [ b'This is the message. ',
             b'It will be sent ',
             b'in parts.',
             ]
server_address = ('localhost', 10000)

# Create a TCP/IP socket
socks = [ socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
          socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM),
          ]

# Connect the socket to the port where the server is listening
print('connecting to %s port %s' % server_address)
for s in socks:
    s.connect(server_address)

for message in messages:

    # Send messages on both sockets
    for s in socks:
        print('%s: sending "%s"' % (s.getsockname(), message) )
        s.send(message)

    # Read responses on both sockets
    for s in socks:
        data = s.recv(1024)
        print( '%s: received "%s"' % (s.getsockname(), data) )
        if not data:
            print(sys.stderr, 'closing socket', s.getsockname() )

select socket client