一文详解IO多路复用！

I/O多路复用通过一种机制，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，poll，epoll都是IO多路复用的机制。

• 但select，poll，epoll本质上都是同步I/O。

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I/O则无需自己负责进行读写，异步I/O的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。

select:

它仅仅知道了，有 I/O 事件发生了，却并不知道是哪那几个流(可能有一个，多个，甚至全部)。

只能无差别轮询所有流，找出能读出数据，或者写入数据的流，对他们进行操作。

所以select 具有 O(n)的无差别轮询复杂度，同时处理的流越多，无差别轮询时间就越长。

它是基于数组来存储的，它有最大连接数的限制。

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。

但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

epoll:

epoll 在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述符。

把需要监控的 socket 通过 epoll_ct()函数加入到内核中的红黑树里。

• 红黑树是个高效的数据结构，增删查一般时间复杂度都是 O(logn)。

通过对这颗红黑树进行操作，这样就不需要像 select/poll 每次操作时都传入整个 socket 集合。

• 只需要传入一个待检测的socket，减少了内核和用户空间大量的数据拷贝和内存分配。

epoll 使用事件驱动的机制，内核里面维护了一个链表来记录就绪事件。

• 当某个 socket 有事件发生时，通过回调函数内核会将其将入到这个就绪事件列表中。

• 当用户调用 epoll_wait() 时，只会返回有事件发生的文件描述符的个数。

  • 不需要像 select/poll 那样轮询扫描整个 socket 集合，大大提高了检测的效率。

epoll 相关接口的作用如下：

• epoll_create()，epoll_ctl()和 epoll_wait()系统调用。

epoll 的方式监听的 Socket 数量越多的时候，效率不会大幅度降低，能够同时监听的 Socket 的数目也非常多。

• 上限就为系统定义的进程打开的最大文件描述符个数。

epoll 支持两种事件触发模式，分别是边缘触发和水平触发。

边缘触发

使用边缘触发时，当被监控的 Socket 描述符有可读事件发生时，服务器端只会从 epoll_wait 中苏醒一次。

• 即时进程没有调用 read 函数从内核读取数据，也依然只苏醒一次，因此程序要保证一次性将内核缓冲区的数据读取完。

水平触发

使用水平触发模式时，当被监控的 Socket 上有可读事件发生时，服务端不断地从 epoll_wait 中苏醒。

• 知道内核缓冲区数据被 read 函数读完才结束，目的是告诉有数据需要读取。

select/poll 只有水平触发模式，epoll 默认的触发模式是水平触发，但是可以根据应用场景设置为边缘触发模式。