select,poll和epoll

在阅读UNIX环境高级编程中，发现只写了select和poll，关于epoll的回调机制还有所不理解。

IO多路复用

首先要理解LINUX网络IO多路复用，IO多路复用在Linux下包括了三种，select, poll, epoll，抽象来看，他们功能是类似的，但具体细节各有不同：首先都会对一组文件描述符进行相关事件的注册，然后阻塞等待某些事件的发生或等待超时。更多细节详见下面的 "具体怎么用"。IO多路复用都可以关注多个文件描述符，但对于这三种机制而言，不同数量级文件描述符对性能的影响是不同的，下面会详细介绍。

select

select将监听的文件描述符分为三组，每一组监听不同的需要进行的IO操作。readfds是需要进行读操作的文件描述符，writefds是需要进行写操作的文件描述符，exceptfds是需要进行异常事件处理的文件描述符。这三个参数可以用NULL来表示对应的事件不需要监听。

当select返回时，每组文件描述符会被select过滤，只留下可以进行对应IO操作的文件描述符。

linux 下 fd_set 是个 1024 位的位图，每个位代表一个 fd 的值，返回后需要扫描位图，这也是效率低的原因。性能问题且不提，正确性问题则更值得重视。因为这是一个 1024 位的位图，因此当进程内的 fd 值 >= 1024 时，就会越界，可能会造成崩溃。对于服务器程序，fd >= 1024 很容易达到，只要连接数 + 打开的文件数足够大即可发生。
再来看fd_set结构体是怎么记录一批文件描述符是否有事件触发的。仔细看fd_set结构的定义可以发现，他其实是一个__int32_t类型的数组，数组所有元素加起来共包含1024bit（由FD_SETSIZE定义）。记录某个文件描述符是否触发事件时，一个bit代表一个文件描述符的状态，0表示没有触发事件，1表示触发，把文件描述的数值映射为下标，计算出哪一bit代表了这个文件描述符的状态。
/* 其实就是创建了一个long int位图数组，数组大小就是__FD_SETSIZE / __NFDBITS=64;

所以只能处理FD值小于1024的描述符，否则就数组越界，其行为是未定义的*/

因此可以看出，一旦文件描述符的数值超出1024，计算出的下标就有可能超出__int32_t数组的最大下标位置，所以有可能会出现数组越界的问题。

poll

和select用三组文件描述符不同的是，poll只有一个pollfd数组，数组中的每个元素都表示一个需要监听IO操作事件的文件描述符。events参数是我们需要关心的事件，revents是所有内核监测到的事件。

Poll机制突破了Select机制中的文件描述符数量最大为1024的限制。

epoll

epoll_create用于创建一个epoll实例，而epoll_ctl用于往epoll实例中增删改要监测的文件描述符，epoll_wait则用于阻塞的等待可以执行IO操作的文件描述符直到超时。

添加到文件描述符上的实际都会与网卡建立回调机制，也就是实际发生时会自主调用一个回调方法，将事件所在的文件描述符插入到就绪队列中
引用程序调用epoll_wait 就可以直接从就绪队列中将所有就绪的文件描述符拿到，可以说时间复杂度O(1)

关于上述的回调机制如何实现，还在查阅epoll相关源码中

level-triggered and edge-triggered

状态持续通知和状态变化通知。

这两个概念来自电路，triggered代表电路激活，也就是有事件通知给程序，level-triggered表示只要有IO操作可以进行比如某个文件描述符有数据可读，每次调用epoll_wait都会返回以通知程序可以进行IO操作，edge-triggered表示只有在文件描述符状态发生变化时，调用epoll_wait才会返回，如果第一次没有全部读完该文件描述符的数据而且没有新数据写入，再次调用epoll_wait都不会有通知给到程序，因为文件描述符的状态没有变化。

select和poll都是状态持续通知的机制，且不可改变，只要文件描述符中有IO操作可以进行，那么select和poll都会返回以通知程序。而epoll两种通知机制可选。

不同IO多路复用方案优缺点

poll vs select

poll和select基本上是一样的，poll相比select好在如下几点：

poll传参对用户更友好。比如不需要和select一样计算很多奇怪的参数比如nfds(值最大的文件描述符+1)，再比如不需要分开三组传入参数。
poll会比select性能稍好些，因为select是每个bit位都检测，假设有个值为1000的文件描述符，select会从第一位开始检测一直到第1000个bit位。但poll检测的是一个数组。
select的时间参数在返回的时候各个系统的处理方式不统一，如果希望程序可移植性更好，需要每次调用select都初始化时间参数。

select比poll好在下面几点

支持select的系统更多，兼容更强大，有一些unix系统不支持poll
select提供精度更高(到microsecond)的超时时间，而poll只提供到毫秒的精度。

但总体而言 select和poll基本一致。

epoll vs poll&select

epoll优于select&poll在下面几点：

在需要同时监听的文件描述符数量增加时，select&poll是O(N)的复杂度，epoll是O(1)，在N很小的情况下，差距不会特别大，但如果N很大的前提下，一次O(N)的循环可要比O(1)慢很多，所以高性能的网络服务器都会选择epoll进行IO多路复用。
epoll内部用一个文件描述符挂载需要监听的文件描述符，这个epoll的文件描述符可以在多个线程/进程共享，所以epoll的使用场景要比select&poll要多。

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/...
https://www.jianshu.com/p/019...
https://www.cnblogs.com/Anker...
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