【操作系统百科】select 与 poll

这两个系统调用已经被 epoll 全面超越。但理解它们——知道为什么该退场——有助于理解 I/O 多路复用的演进。

一、先看图

flowchart LR
    subgraph select
        FDS[fd_set<br/>位图 1024 bit] --> SCAN1[内核遍历<br/>每个 bit]
        SCAN1 --> COPY1[copy_to_user<br/>修改后的 fd_set]
    end
    subgraph poll
        POLLFD[struct pollfd 数组] --> SCAN2[内核遍历<br/>每个 pollfd]
        SCAN2 --> COPY2[copy_to_user<br/>设置 revents]
    end
    subgraph epoll
        ADD[epoll_ctl 一次] --> CB[回调驱动]
        CB --> READY[就绪链表<br/>O(就绪数)]
    end

    classDef old fill:#f0883e22,stroke:#f0883e,color:#adbac7;
    classDef new fill:#3fb95022,stroke:#3fb950,color:#adbac7;
    class FDS,SCAN1,COPY1,POLLFD,SCAN2,COPY2 old
    class ADD,CB,READY new

二、select

2.1 API

fd_set readfds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sockfd, &readfds);
int n = select(sockfd + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout);
if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) { /* 可读 */ }

2.2 问题

• fd_set 上限：FD_SETSIZE 默认 1024。fd >= 1024 → 未定义行为
• 每次调用：copy 整个 fd_set 到内核 → 内核遍历每个 bit → copy 回来
• O(n)：n 是 maxfd，不是就绪 fd 数
• timeout 被修改（Linux 特有）：返回后 timeout 变成剩余时间

2.3 内核实现

// fs/select.c
int core_sys_select(int n, fd_set __user *inp, ...)
{
    // copy_from_user → 逐 fd poll → 无就绪则 schedule_timeout → 再试
}

三、poll

3.1 API

struct pollfd fds[2];
fds[0].fd = sockfd;
fds[0].events = POLLIN;
int n = poll(fds, 2, timeout_ms);
if (fds[0].revents & POLLIN) { /* 可读 */ }

3.2 改进

• 无 FD_SETSIZE 限制（数组长度自定义）
• 输入（events）和输出（revents）分离 → 不用每次重建

3.3 仍有的问题

• 每次调用：copy 整个 pollfd 数组到内核
• O(n)：内核遍历每个 pollfd
• 万级 fd → 每次 poll 都是线性扫描

四、ppoll 与 pselect

4.1 信号安全

// 原子地设置 signal mask + poll
int ppoll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds,
          const struct timespec *tmo_p, const sigset_t *sigmask);

解决 select/poll 与 signal 的竞争：

// 错误模式
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &oldmask);
// ← 信号可能在这里到达
select(...);  // 永远等待

// 正确模式
pselect(..., &mask);  // 原子操作

五、性能对比

10K fd 场景：select/poll 每次 syscall 处理 10K fd；epoll 只处理就绪的几十个。

六、还有哪些代码该用 select/poll？

6.1 可以用的场景

• 跨平台代码（POSIX 要求 select/poll，epoll 是 Linux 专有）
• fd 数量极少（< 10）→ 开销可忽略
• 嵌入式系统无 epoll（某些 RTOS）

6.2 不该用的场景

• 服务器 → epoll
• 高并发 → epoll 或 io_uring
• 新 Linux 代码 → epoll

七、实现细节

7.1 do_select（select 内核路径）

// fs/select.c
static int do_select(int n, fd_set_bits *fds, struct timespec64 *end_time)
{
    for (;;) {
        for (i = 0; i < n; i++) {
            mask = vfs_poll(f.file, wait);  // 逐 fd 检查
        }
        if (retval || timed_out || signal_pending(current))
            break;
        poll_schedule_timeout(wait, ...);
    }
}

7.2 do_poll（poll 内核路径）

类似，遍历 pollfd 数组。

八、历史

• 1983：select（4.2BSD）
• 1986：poll（SVR3）
• 2002：epoll（Linux 2.5.44）
• 2019：io_uring（Linux 5.1）

从 O(n) 到 O(就绪数) 到零 syscall——20 年的演进。

九、观察

strace -e select,poll,ppoll,pselect6 <command>
# 查看哪些进程还在用 select/poll
bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_select { @[comm] = count(); }'

十、小结

• select：fd_set 位图、1024 限制、O(maxfd)
• poll：pollfd 数组、无硬限制、仍 O(n)
• 都是每次 syscall copy + 遍历全量 → 高并发性能差
• 新代码用 epoll；跨平台/极少 fd 场景保留

参考文献

• man 2 select、man 2 poll
• fs/select.c
• Stevens & Rago, “Advanced Programming in the UNIX Environment.” ch14
• Banga et al., “Scalable Kernel Performance for Internet Servers Under Realistic Loads.” USENIX 1999

工具

• strace
• ltrace
• bpftrace

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