多路IO转接模型select、poll、epoll，以及epoll的底层实现

select、poll、epoll都是IO多路复用也叫多路IO转接，是通过一种机制，使一个进程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

（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态

（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd

（3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

poll

poll的实现和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll没有最大连接数的限制，是因为它是基于链表存储的，但是poll还是有select的（1）和（2）两个问题，而且poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后没有被处理，那么下一次poll时会再次报告该fd

epoll

select和poll都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。但是同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降，epoll解决了这个问题。但是在监听的文件描述符大部分都处于就绪状态的情况下，三者的性能就差不多了。

epoll有以下几个特点：

1、没有最大并发连接的限制，能打开的fd上限远大于1024（1g的内存上能监听10万个端口）

2、在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活了这个文件描述符，当文件描述符就绪，就会在内核中建立一个就绪队列，这样调用epoll_wait获取就绪文件描述符的时候，只要取队列中的元素即可，操作的时间复杂度恒为O(1)。(此处去掉了遍历文件描述符，而是通过监听回调的的机制)

3、select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，epoll通过内核与用户空间mmap同一块内存来实现。（还有的说，epoll的解决方案在epoll_ctl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）

epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：

LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死

epoll底层的数据结构：

epoll之所以有上面的优点，是因为它底层的数据结构。epoll底层有一个红黑树来存放所以要监听的文件描述符，由于红黑树的结构，每次查找、添加、删除一个文件描述符都很快

epoll的回调机制把就绪的文件描述符放在就绪队列里面，就绪队列是链表实现的，当调用epoll_wait函数只需要查看就绪队列是否有数据即可

总结起来有三点：

1、执行epoll_create时，创建了红黑树和就绪list链表；
2、执行epoll_ctl时，如果增加fd，则检查在红黑树中是否存在，存在则立即返回，不存在则添加到红黑树中，然后向内核注册回调函数，用于当中断事件到来时向准备就绪的list链表中插入数据。
3、执行epoll_wait时立即返回准备就绪链表里的数据即可。

参考：

https://blog.csdn.net/qq_37941471/article/details/80954592

https://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html

https://www.cnblogs.com/jeakeven/p/5435916.html

https://blog.csdn.net/zhaobryant/article/details/80557262