Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

Троан Эрик В.

2. Набор файловых дескрипторов передается ядру как битовая карта для

select

и как список для

poll

. Сложные битовые операции, необходимые для проверки и установки структур данных

fd_set

, менее эффективны, чем простые проверки, требуемые для

struct pollfd

.

3. Поскольку ядро переписывает структуры данных, передаваемые

select

, приложение вынуждено сбрасывать эти структуры каждый раз перед вызовом

select

. С

poll

результаты ядра ограничены элементом

revents

, что устраняет потребность в восстановлении

структур данных после каждого вызова.

4. Использование структуры, основанной на множествах (например,

fd_set

) не масштабируется по мере увеличения количества доступных процессу файловых дескрипторов. Поскольку ее размер статичен, а не динамичен (обратите внимание на отсутствие соответствующего макроса, например,

FD_FREE

), она не может расширяться или сжиматься в соответствии с потребностями приложения (или возможностями ядра). В Linux максимальный файловый дескриптор, который можно установить в

fd_set

, равен 1023. Если понадобится больший файловый дескриптор,

select

работать не будет.

Единственным преимуществом

select

перед

poll

является лучшая переносимость в старые системы. Поскольку небольшое количество таких реализаций все еще используется, следует применять

select

, прежде всего, для понимания и эксплуатации существующих кодовых баз.

Следующая короткая программа, подсчитывающая количество системных вызовов в секунду, демонстрирует, насколько

poll

эффективнее

select

.

 1: /* select-vs-poll.с */

 2:

 3: #include <fcntl.h>

 4: #include <stdio.h>

 5: #include <sys/poll.h>

 6: #include <sys/select.h>

 7: #include <sys/signal.h>

 8: #include <unistd.h>

 9:

10: int gotAlarm;

11:

12: void catch(int sig) {

13: gotAlarm = 1;

14: }

15:

16: #define HIGH_FD 1000

17:

18: int main(int argc, const char ** argv) {

19: int devZero;

20: int count;

21: fd_set select Fds;

22: struct pollfd pollFds;

23:

24: devZero = open("/dev/zero", O_RDONLY);

25: dup2(devZero, HIGH_FD);

26:

27: /* с помощью signal выяснить, когда время истекло */

28: signal(SIGALRM, catch);

29:

30: gotAlarm =0;

31: count = 0;

32: alarm(1);

33: while (!gotAlarm) {

34: FD_ZERO(&selectFds);

35: FD_SET(HIGH_FD, &selectFds);

36:

37: select(HIGH_FD + 1, &selectFds, NULL, NULL, NULL);

38: count++;

39: }

40:

41: printf("Вызовов select

в секунду: %d\n", count);

42:

43: pollFds.fd = HIGH_FD;

44: pollFds.events = POLLIN;

45: count = 0;

46: gotAlarm = 0;

47: alarm(1);

48: while (!gotAlarm) {

49: poll(&pollFds, 0, 0);

50: count++;

51: }

52:

53: printf("Вызовов poll в секунду: %d\n", count);

54:

55: return 0;

56: }

Здесь используется устройство

/dev/zero

, предоставляющее бесконечное количество нулей, что обеспечивает немедленный возврат системных вызовов. Значение

HIGH_FD

можно изменить, чтобы посмотреть, как деградирует

select

по мере роста значений файловых дескрипторов.

В определенной системе при не очень высоком значении

HIGH_FD

, равном 2, программа показала, что ядро за секунду может обрабатывать в четыре раза больше вызовов

poll

, чем вызовов

select

. При увеличении

HIGH_FD

до 1000 эффективность

poll

становится в 40 раз выше, чем у

select

.

13.1.5. Мультиплексирование с помощью

epoll

В версии 2.6 ядра Linux был предложен третий метод для мультиплексированного ввода-вывода по имени

epoll

. Будучи более сложным, чем

poll

или

select

,

epoll

ликвидирует узкие места, связанные с производительностью, которые характерны для обоих методов.

Оба системных вызова

poll

и

select

передают на проверку полный список файловых дескрипторов при каждом вызове. Каждый из этих дескрипторов должен быть обработан системным вызовом, даже если только один из них готов к чтению или записи. Когда проверяются десятки, сотни или тысячи файловых дескрипторов, эти системные вызовы превращаются в узкие места; ядро тратит много времени на выяснение того, какие именно файловые дескрипторы приложению необходимо проверить.

При использовании

epoll

приложения обеспечивают ядро списком файловых дескрипторов для проверки с помощью одного системного вызова, а затем для проверки этих дескрипторов с помощью другого системного вызова. После создания списка ядро постоянно проверяет эти дескрипторы для событий, интересующих приложение [79] , а затем сообщает о событии. Как только приложение запрашивает у ядра файловые дескрипторы, готовые для дальнейшей обработки, ядро предоставляет список без необходимости проверки каждого файлового дескриптора.

79

Фактически ядро устанавливает обратный вызов для каждого файла, а затем, когда происходит событие, активизирует обратный вызов. Этот механизм устраняет проблемы масштабируемости при очень большом количестве файловых дескрипторов, поскольку опрос не используется в каждой точке.