深入理解 poll 与 epoll：多路复用的利器

在网络编程中，实现高性能的I/O多路复用是至关重要的。poll 和 epoll 是两个用于实现多路复用的系统调用，它们在处理大量并发连接时表现出色。本文将深入介绍 poll 和 epoll 的概念、原理以及它们在提升网络应用性能方面的作用。

1. poll 概述

1.1 什么是 poll？

poll 是一种多路复用的I/O模型，它允许一个进程同时监视多个文件描述符是否就绪。当文件描述符就绪时，poll 返回可读、可写或异常事件，使程序能够做出相应的处理。

1.2 poll 的使用

#include 

struct pollfd {
    int fd;         /* 文件描述符 */
    short events;   /* 事件类型 */
    short revents;  /* 实际发生的事件 */
};
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

• fds：指向一个 pollfd 结构体数组的指针，每个结构体描述一个被监视的文件描述符。
• nfds：监视的文件描述符数量。
• timeout：超时时间，单位是毫秒，-1 表示一直等待，0 表示不等待，正数表示等待指定毫秒数。

2. epoll 概述

2.1 什么是 epoll？

epoll 是 Linux 特有的一种多路复用机制，相较于 poll 具有更高的性能。它通过一组系统调用管理大量的文件描述符，提供更为高效的事件通知机制。

2.2 epoll 的使用

#include 

int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

• epoll_create：创建一个 epoll 实例。
• epoll_ctl：控制 epoll 实例上的文件描述符，包括添加、修改和删除操作。
• epoll_wait：等待文件描述符上的事件发生。

3. poll 与 epoll 的对比

3.1 区别

• 性能： epoll 在处理大量连接时性能更好，因为它采用了事件驱动的机制。
• 可扩展性： epoll 在连接数增加时性能下降相对较慢，而 poll 的性能下降较快。
• 事件触发方式： poll 是水平触发（Level Triggered），epoll 是边缘触发（Edge Triggered）。

3.2 优缺点

• poll 优点： 简单易用，可移植性好。

• poll 缺点： 处理大量连接性能相对较差。

• epoll 优点： 高性能，适用于大规模并发连接。

• epoll 缺点： Linux 特有，可移植性差。

4. 使用场景和最佳实践

4.1 poll 的适用场景

• 连接数相对较少，且程序在不同平台上移植要求较高的场景。

4.2 epoll 的适用场景

• 处理大规模并发连接的高性能网络应用，如Web服务器、代理服务器等。

5.poll 与 epoll 相关面试题

5.1.什么是多路复用？

多路复用是一种通过同时监视多个文件描述符（sockets）的I/O操作的机制。它允许单个进程或线程处理多个输入输出通道，从而提高程序的效率。

5.2 poll 的工作原理是什么？

poll 使用一个 pollfd 结构体数组，每个结构体表示一个被监视的文件描述符。调用 poll 时，它会阻塞等待任何一个文件描述符发生事件，然后返回发生事件的文件描述符信息。

5.3 epoll 与 poll 的区别是什么？

• epoll 在处理大量连接时性能更好，因为它采用了事件驱动的机制。
• poll 的性能下降相对较快，而 epoll 在连接数增加时性能下降较慢。
• poll 是水平触发（Level Triggered），epoll 是边缘触发（Edge Triggered）。

5.4.什么是边缘触发和水平触发？

• 边缘触发（Edge Triggered）： 只在文件描述符状态发生变化的瞬间通知程序，程序需要处理这个事件。适用于高性能场景。

• 水平触发（Level Triggered）： 只要文件描述符状态是就绪的，就一直通知程序。程序需要不断地检查文件描述符状态。适用于一般场景。

5.5 什么是 epoll 的ET模式？

ET模式是epoll 边缘触发模式。在ET模式下，只有当文件描述符状态发生变化的瞬间才通知程序，程序需要处理这个事件。

5.6 为什么 epoll 比 poll 性能更好？

epoll 采用了事件驱动的机制，只在文件描述符状态变化时通知程序，避免了不断地轮询，从而提高了效率。而 poll 则需要遍历所有监视的文件描述符，效率相对较低。

5.7 epoll 的使用场景是什么？

epoll 适用于需要处理大规模并发连接的高性能网络应用，例如Web服务器、代理服务器等。

5.8 什么是 epoll 的水平触发和边缘触发？

• 水平触发（LT）： 只要文件描述符状态是就绪的，就一直通知程序。

• 边缘触发（ET）： 只在文件描述符状态发生变化的瞬间通知程序。

5.9 epoll ET模式与LT模式的区别是什么？

在ET模式下，只有当文件描述符状态发生变化的瞬间才通知程序，程序需要处理这个事件。而在LT模式下，只要文件描述符状态是就绪的，就一直通知程序。

结语

深入理解 poll 和 epoll 不仅有助于提高网络编程的效率，还是面试中常见的考察点。掌握它们的原理、区别以及适用场景，能够更好地选择和使用适当的多路复用机制，提升网络应用的性能。