深入解析多路复用IO：select/epoll原理与事件驱动IO的工作流程

IO复用（IO复用）

这种IO方式就是事件驱动IO（eventdrivenIO）。

我们都知道select/epoll的优点是单个进程可以同时处理多个网络连接的IO。它的基本原理是select/epoll函数会不断轮询它负责的所有socket。当数据到达某个套接字时，用户进程将收到通知。其流程如下：

select 是一种多路复用

当用户进程调用select时，整个进程会被阻塞，同时内核会“监视”所有负责select的socket。

当任意一个socket中的数据准备好后，select就会返回。这时用户进程调用read操作将数据从内核复制到用户进程。

这个图其实和阻塞IO图没有太大区别。事实上，情况甚至更糟。因为这里需要用到两个系统调用（select和recvfrom），

阻塞IO只调用一个系统调用\(recvfrom\)。不过，使用select的好处是可以同时处理多个连接。

多路复用 IO 与阻塞 IO 模型相比：

1.阻塞IO经历两个阶段：等待数据、复制数据

2.复用三个阶段：等待数据、准备复制数据、复制数据

单连接socket通信阻塞IO效率高

多路复用IO select可以代理多个socket连接，多路socket通信，多路复用IO效率高。

强调：

1、如果处理的连接数不是很高，使用select/epoll的Web服务器不一定比使用多线程+阻塞IO的Web服务器表现更好，延迟可能会更大。 select/epoll的优点不是可以更快地处理单个连接，而是可以处理更多的连接。

2.在复用模型中，每个socket一般都设置为非阻塞。然而，如上图所示，整个用户进程实际上一直处于阻塞状态。只不过进程是被select函数阻塞的，而不是被socket IO阻塞的。

结论：select的优点是可以处理多个连接，性能较高，可以同时检测多个socket IO行为。它不适合单个连接。

选择网络IO模型示例

select检测多个socket IO行为accept、recv

IO 行为有两种类型：

1.别人给我发数据

2. 向他人发送数据

timeout是超时时间

每隔0.5秒询问操作系统数据是否准备好。

def select(rlist, wlist, xlist, timeout=None): 
  pass
# [] 传的空列表是出异常的列表
# 返回值3个列表 收列表，发列表，异常列表
rl,wl,xl = select.select(rlist, wlist, [], 0.5)

客户：

from socket import *
client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
client.connect(('127.0.0.1',8000))
while True:
  msg = input(">>>:").strip()
  if not msg:continue
  client.send(msg.encode("utf-8"))
  data = client.recv(1024)
  print(data.decode("utf-8"))
client.close()

服务器代码：

from socket import *
import select
server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
server.bind(('127.0.0.1',8000))
server.listen(5)
# 设置socket接口为 非阻塞IO接口
# 默认是True 为阻塞
server.setblocking(False)
# 专门存着收消息套接字
rlist = [server,]
# 存放发送消息套接字
wlist = []
# 存放发送的数据
wdata = {}
while True:
  # 返回值3个列表 收列表，发列表，异常列表
  rl,wl,xl = select.select(rlist, wlist, [], 0.5)
  print("rl",rl)
  print("wl",wl)
  for sock in rl:
    if sock == server:
      conn,addr = sock.accept()
      rlist.append(conn)
    else:
      try:
        data = sock.recv(1024)
        if not data:
          sock.close()
          rlist.remove(sock)
          continue
        # 收的套接字加到列表
        wlist.append(sock)
        # 把数据加到字典 做一个 套接字对应数据
        wdata[sock] = data.upper()
      except Exception:
        sock.close()
        rlist.remove(sock)
  # 发送数据
  for sock in wl:
    sock.send(wdata[sock])
    wlist.remove(sock)
    wdata.pop(sock)
server.close()

基于select模块检测socket IO行为，达到并发效果

select监控fd变化的过程分析：

用户进程创建一个socket对象，并将监控的fd复制到内核空间。每个fd都会对应一个系统文件表。内核空间的fd响应数据后，

将向用户进程发送数据已到达的信号；

用户进程然后发送系统调用，如（accept）将内核空间中的数据复制到用户空间，同时作为接收数据端清除内核空间中的数据。

这样，重新监听时，如果有新的数据，fd就可以再次响应（发送方是基于TCP协议的，所以需要收到响应后才清除）。

该模型的优点：

它可以同时检测多个socket，比阻塞IO和非阻塞IO效率更高。

与其他模型相比，使用select()的事件驱动模型仅使用单个线程（进程）执行，占用资源较少，不会消耗太多CPU，并且可以同时为多个客户端提供服务。

如果你正在尝试构建一个简单的事件驱动服务器程序，这个模型有一定的参考价值。

该模型的缺点：

需要通过循环列表来一一检测代理的套接字列表中的多个套接字。