I/O多路复用---select、poll、epoll

select，poll，epoll都是I/O多路复用的机制。I/O多路复用就通过一种机制，可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。

select：系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型。select系统调用是用来让我们的程序监视多个文件句柄的状态变化的。程序会停在select这里等待，直到被监视的文件句柄有一个或多个发生了状态改变。

函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,struct
timeval *timeout)

函数参数：参数nfds是需要监视的最大的文件描述符值+1

rdset,wrset,exset分别对应于需要检测的可读文件描述符的集合，可写文件描述符的集合及异常文件描述符的集合。

struct timeval结构用于描述一段时间长度，如果在这个时间内需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

下面的宏提供了处理这三种描述词组的方式:

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位

FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真

FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位

FD_ZERO（fd_set *set）；用来清除描述词组set的全部位

函数返回值：执行成功则返回文件描述符状态已改变的个数

返回0表示描述符状态改变前已超过timeout时间，没有返回。

错误返回-1

select缺点：（1）每次调用select，都要把fd集从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大

（2）每次调用select，都要在内核态遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

（3）select支持一个进程打开的描述符数量有限，由FD_SETSIZE设置，默认2048

poll：poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备状态就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪状态，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时。不同于select使用三个位图表示三个fdset的方式，poll使用一个pollfd的指针实现，也没有最大连接数的限制。

poll没有最大连接数的限制，原因在于poll是基于链式存储的

poll缺点：（1）poll虽然没有最大数量限制，但是数量过大后性能也会下降。和select一样，poll返回后需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

（2）poll还有一个特点是 水平触发，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll会再次报告该fd

epoll：select和poll的改进。相对于select和poll来说，epoll更灵活，没有描述符限制。

epoll的相关系统调用：epoll_create，epoll_ctl，epoll_wait

int epoll_create(int size）创建一个epoll句柄，当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，所以在使用完epoll后，必须调用close（）关闭，否则可能导致fd被耗尽。

int epoll_ctl(int epfd，int op，int fd，struct epoll_event *event) epoll的事件注册函数，第一个参数是epoll_create（）的返回值，第二个参数表示动作，第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事。

int epol_wait(int epfd，struct epoll_event *events，int maxevents，int timeout)收集在epoll监控的事件中已经发送的事件

epoll优点：（1）支持一个进程打开大数目的socket描述符

（2）IO效率不随fd数目增加而线性下降，不是轮询方式。只有活跃的socket才会主动调用callback函数，其他idle状态则不会。在一些benchmark中，如果所有的socket基本都是活跃的，epoll并不比select和poll有什么效率。相反，如果过多使epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率远在select和poll之上了。

（3）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递，即epoll使用mmap减少复制开销

（4）内核微调

epoll工作模式：ET (edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket，它效率要比LT更高。ET与LT的区别在于，当一个新的事件到来时，ET模式下当然可以从epoll_wait调用中获取到这个事件，可是如果这次没有把这个事件对应的套接字缓冲区处理完，在这个套接字中没有新的事件再次到来时，在ET模式下是无法再次从epoll_wait调用中获取这个事件的。而LT模式正好相反，只要一个事件对应的套接字缓冲区还有数据，就总能从epoll_wait中获取这个事件。因此，LT模式下开发基于epoll的应用要简单些，不太容易出错。而在ET模式下事件发生时，如果没有彻底地将缓冲区数据处理完，则会导致缓冲区中的用户请求得不到响应。