select、poll、epoll之间的区别总结

    select、poll、epoll都是IO多路复用的机制。IO多路复用就是通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪(一般是读就绪或写就绪)，能够通知程序进程响应的读写操作。但select、poll、epoll本质上都是同步IO，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说这个读写过程是阻塞的，而异步IO则无需自己负责进行读写，异步IO的实现会负责把数据从内核拷贝到用户控件。

1. select实现

    select的调用过程如下所示：



(1) 使用copy_from_user从用户空间拷贝fd_set到内核空间

(2) 注册回调函数__pollwait

(3) 遍历所有fd，调用其对应的poll方法(对于socket，这个poll方法是sock_poll，sock_poll根据情况会调用tcp_poll， udp_poll或者datagram_poll)

(4) 以tcp_poll为例，其核心实现就是__pollwait，也及时上门注册的回调函数

(5) __pollwait的主要工作就是把current(当前进程)挂到设备的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列，对于tcp_poll来说，其等待队列是sk->sk_sleep(注意把进程挂到等待队列中并不代表进程已经睡眠了)。在设备收到一条消息(网络设备)或填写完文件数据(磁盘设备)后，会唤醒设备等待队列上睡眠的进程，这是current便被唤醒了。

(6) poll方法返回时会返回一个描述读写操作是否就绪的mask掩码，根据这个mask掩码给fd_set赋值

(7) 如果遍历完所有的fd，还没有返回一个可读写的mask掩码，则会调用schedule_timeout使调用select的进程(也就是current)进入睡眠。当设备驱动发现自身资源可读写后，会唤醒其等待队列上睡眠的进程。如果超过一定的超时时间(schedule_timeout)指定，还是没人唤醒，则调用select的进程会重新被唤醒获取CPU，进而重新变量fd，判断有没有就绪的fd

(8) 把fd_set从内核空间拷贝到用户空间

总结：

select的几大缺点

(1) 每次调用select，都需要把fd集合从用户空间拷贝到内核空间，这个开销在fd很多时会很大

(2) 同时每次调用select都需要在内核遍历传递尽量的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

(3) select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

2 poll实现

    poll实现和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll使用pollfd结构而不是select的fd_set结构，其他都差不多。

    关于select和poll的实现分析，可以参考下面几篇博文：

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568964#comments

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568968

http://blog.csdn.net/lizhiguo0532/article/details/6568969

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-edntwk/index.html?ca=drs-

http://linux.chinaunix.net/techdoc/net/2009/05/03/1109887.shtml

3 epoll
    epoll既然是对select和poll的改进，就应该能避免上述的三个缺点。那么epoll都是怎么解决的呢？在此之前，我们先看一下epoll和select和poll的调用接口上的不同，select和poll都只提供了一个函数——select或者poll函数。而epoll提供了三个函数：epoll_create 创建一个epoll句柄；epoll_ctl 注册要监听的事件类型；epoll_wait 等待事件的产生。

    对于第一个缺点，epoll的解决方法在epoll函数中。每次注册新的事件到epoll句柄中时(在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD)，会把所有的fd拷贝进内核，而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。

    对于第二个缺点，epoll的解决方案不像select或poll一样，每次都把current轮流加入fd对应的设备等待队列中，而只在epoll_ctl时，把current挂一遍(这一遍必不可少)并未每个fd指定一个回调函数，当设备就绪，唤醒等待队列上的等待者时，就会调用这个回调函数，而这个回调函数就会把就绪的fd加入一个就绪链表。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd(利用schedule_timeout实现睡一会，判断一会的效果，和select实现中的第7步是类似的)。

    对于第三个缺点，epoll没有这个限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048.举个例子，在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以在cat/proc/sys/fs/file-max查看，一般来说这个数目和系统内存关系很大。

总结

(1) select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间，也就是回调机制带来的性能提升。

(2) select，poll每次调用都要把fd集合从用户空间往内核空间拷贝一次，并且要把current往设备等待队列中挂一次，而epoll只有一次拷贝，而且把current往等待队列上挂也只挂一次(在epoll_wait的开始，注意这里的等待队列并不是设备等待队列，只是一个epoll内部定义的等待队列)。

参考资料

http://www.cnblogs.com/apprentice89/archive/2013/05/09/3070051.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-05/59873p3.htm

http://xingyunbaijunwei.blog.163.com/blog/static/76538067201241685556302/

http://blog.csdn.net/kkxgx/article/details/7717125

https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/epoll-example.c