面试题：网络编程之select、poll、epoll内存占用对比

Question

请详细阐述select、poll、epoll在内存占用方面的区别，为什么会产生这些区别？

Answer 1

select

• 内存占用特点：
  • select使用固定长度的数组来存储文件描述符集合，例如在Linux中，通常使用fd_set结构体，该结构体大小固定，一般能容纳的文件描述符数量有限（如1024个）。对于大量文件描述符场景，即便实际使用的描述符数量远小于最大限制，也需占用固定大小内存。
  • 每次调用select时，需要将用户态的文件描述符集合拷贝到内核态，无论集合中文件描述符数量多少，这个拷贝的内存大小是固定的（取决于fd_set大小）。
• 产生原因：
  • 设计初衷是面向小规模文件描述符场景，采用固定大小结构可简化实现和管理。在当时应用场景下，文件描述符数量相对较少，这种固定大小数组的方式能满足需求。

poll

• 内存占用特点：
  • poll使用链表结构（pollfd结构体数组）来存储文件描述符及其事件，理论上对文件描述符数量没有限制（仅受限于系统资源）。相比select，它的内存占用更灵活，根据实际注册的文件描述符数量动态分配内存。
  • 每次调用poll同样需要将用户态的pollfd数组拷贝到内核态，内存拷贝量与注册的文件描述符数量成正比。如果文件描述符数量较多，内存拷贝开销会增大。
• 产生原因：
  • 为克服select对文件描述符数量的限制，采用链表结构（数组形式模拟链表）可动态添加和删除文件描述符，提高对大规模文件描述符的支持能力。

epoll

• 内存占用特点：
  • epoll在内核中使用红黑树来管理文件描述符，红黑树具有高效的插入、删除和查找性能，且内存占用相对紧凑，能高效管理大量文件描述符。
  • 注册文件描述符时，只需要向内核注册一次，后续事件通知通过共享内存方式（epoll_event结构体），无需每次将整个文件描述符集合从用户态拷贝到内核态，大大减少了内存拷贝开销。
• 产生原因：
  • 为了更好地处理高并发场景下大量文件描述符的管理和事件通知，红黑树结构能高效组织文件描述符，共享内存方式的事件通知机制减少了不必要的内存拷贝，提高了整体性能和内存使用效率。