面试题：网络编程之select、poll、epoll接口基础

Question

请简述select、poll、epoll这三种I/O多路复用机制编程接口的基本参数和返回值含义，并说明它们在可监控文件描述符数量上的差异。

Answer 1

select

1. 基本参数：
   • int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
   • nfds：监控的所有文件描述符中的最大值加1。
   • readfds：指向可读文件描述符集合的指针。
   • writefds：指向可写文件描述符集合的指针。
   • exceptfds：指向异常文件描述符集合的指针。
   • timeout：设置select等待的超时时间，如果为NULL，则表示无限等待。
2. 返回值含义：
   • 大于0：表示就绪的文件描述符的数目。
   • 等于0：表示超时，没有文件描述符就绪。
   • 小于0：表示出错，同时errno被设置。
3. 可监控文件描述符数量：受限于系统定义的FD_SETSIZE，通常为1024，不过可以通过修改宏定义重新编译内核来增大这个值，但不推荐这种方式，因为这会影响系统的可移植性。

poll

1. 基本参数：
   • int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
   • fds：一个struct pollfd类型的数组，每个元素包含要监控的文件描述符、监控的事件类型和返回的事件类型。struct pollfd结构体定义如下：

struct pollfd {
    int fd;         /* 文件描述符 */
    short events;   /* 等待的事件 */
    short revents;  /* 实际发生的事件 */
};

• nfds：fds数组中元素的个数。
• timeout：设置poll等待的超时时间，单位为毫秒。如果为-1，表示无限等待；如果为0，表示立即返回，不等待。

2. 返回值含义：
   • 大于0：表示就绪的文件描述符的数目。
   • 等于0：表示超时，没有文件描述符就绪。
   • 小于0：表示出错，同时errno被设置。
3. 可监控文件描述符数量：理论上没有限制，只受限于系统资源（如内存）。它不像select那样有固定的描述符数量限制。

epoll

1. 基本参数：
   • epoll_create：int epoll_create(int size);，size参数在Linux 2.6.8之后被忽略，但仍需传入一个大于0的值，用来告诉内核要监控的大致文件描述符数量。返回一个epoll实例的文件描述符。
   • epoll_ctl：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
     • epfd：epoll实例的文件描述符。
     • op：操作类型，如EPOLL_CTL_ADD（添加文件描述符）、EPOLL_CTL_MOD（修改监控事件）、EPOLL_CTL_DEL（删除文件描述符）。
     • fd：要操作的文件描述符。
     • event：指向struct epoll_event结构体的指针，用于指定监控的事件和关联的数据。struct epoll_event结构体定义如下：

struct epoll_event {
    uint32_t events;      /* 事件 */
    epoll_data_t data;    /* 用户数据 */
};
typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    uint32_t u32;
    uint64_t u64;
} epoll_data_t;

• epoll_wait：int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
  • epfd：epoll实例的文件描述符。
  • events：一个struct epoll_event类型的数组，用来存放就绪的文件描述符及其事件。
  • maxevents：events数组的大小，即最多能返回多少个就绪的文件描述符。
  • timeout：设置epoll_wait等待的超时时间，单位为毫秒。如果为-1，表示无限等待；如果为0，表示立即返回，不等待。

2. 返回值含义：
   • 大于0：表示就绪的文件描述符的数目，这些就绪的文件描述符的相关信息存放在events数组中。
   • 等于0：表示超时，没有文件描述符就绪。
   • 小于0：表示出错，同时errno被设置。
3. 可监控文件描述符数量：理论上没有限制，只受限于系统资源（如内存）。它能高效地处理大量的文件描述符，适合处理高并发场景。