linux的IO复用技术：select、poll、epoll的区别以及epoll的原理和使用

select、poll、epoll都是IO多路复用的机制，但是他们的机制有很大的区别

1、select 

select机制刚开始的时候，需要把fd_set从用户空间拷贝到内核空间，并且检测的fd数是有限制的，由FD_SETSIZE设置，一般是1024。

检测的时候，根据timeout，遍历fd_set表，把活跃的fd(可读写或者错误)，拷贝到用户空间，

再在用户空间依次处理相关的fd。

这个机制是linux内核很早的版本，epool是根据select，pool基础上优化的，缺点比较多。

缺点：

1）每次调用select的时候需要把fd_set从用户空间拷贝到内存空间，比较耗性能。

2）wait时，需要遍历所有的fd，消耗比较大。

3）select支持的文件数大小了，默认只有1024，如果需要增大，得修改宏FD_SETSIZE值，并编译内核（麻烦，并且fd_set中的文件数多的话，每次遍历的成本就很大）。

2. poll

poll的实现和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll使用pollfd结构而不是select的fd_set结构，其他的都差不多。

3. epoll

epool是select和poll的改进版本，

* 先是使用int epoll_create(int size)在内存中创建一个指定size大小的事件空间，

* 再使用int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);事件注册函数，注册新的fd到epfd的epool对象空间中，并指明event(可读写啊等等），注意：在注册新事件fd的过程中，也再内核中断处理程序里注册fd对应的回调函数callback，告诉内核，一旦这个fd中断了，就把它放到ready队列里面去。

* 再使用int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);在epool对象对应的ready队列里取就绪的fd，并使用内存映射mmap拷贝到用户空间。

* 再在用户空间依次处理相关的fd。

优点：

1）支持一个进程打开大数目的socket描述符

select 一个进程打开FD是有限制的，由FD_SETSIZE设置，默认值是1024。epool可以打开的FD数可以很大，一般1GB的内存有10万多的FD数，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看。

2） IO效率不随FD数目增加而线性下降

3） 使用mmap加速内核与用户空间的消息传递

epoll的使用：

epoll的相关系统调用
epoll只有epoll_create,epoll_ctl,epoll_wait 3个系统调用。
 
1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄。自从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，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。
 
2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，它不同于select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。
第一个参数是epoll_create()的返回值。
第二个参数表示动作，用三个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
 
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，struct epoll_event结构如下：
//保存触发事件的某个文件描述符相关的数据（与具体使用方式有关）
typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;
 //感兴趣的事件和被触发的事件
struct epoll_event {
    __uint32_t events; /* Epoll events */
    epoll_data_t data; /* User data variable */
};
events可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里


3. int epoll_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。参数events是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。如果函数调用成功，返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目，如返回0表示已超时。

用例

写了一个类，封装了epool的使用接口：

#include <sys/epoll.h>
class FDEvent
{
	int evfd;
	struct epoll_event *events;
	int maxfds;
	bool nonblocking;
	int epet;
public:
	typedef int EventType;
	FDEvent(int max_client_num, bool is_nonblocking):maxfds(max_client_num),nonblocking(is_nonblocking)
	{
		if ((evfd = epoll_create(maxfds)) == -1)
		{
			perror("epoll_create error!");
			exit(1);
		}
		if (fcntl(evfd, F_SETFD, FD_CLOEXEC) == -1)
		{
			perror("epoll_create error!");
			exit(1);
		}
		events = new epoll_event[max_client_num];
		epet = 0;//nonblocking?EPOLLET:0;
	}
	~FDEvent()
	{
		delete[] events;
	}
	int wait(int timeout)
	{
		return epoll_wait(evfd, events, maxfds, timeout);
	}
	int add(int fd, bool init = false)
	{
		epoll_event ev;
		if (init)
		{
			ev.events = EPOLLIN;
		}
		else
		{
			ev.events = EPOLLIN|epet;
		}
		ev.data.u64 = 0;
		ev.data.fd = fd;
		if (epoll_ctl(evfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1)
		{
			perror("epoll_add error!");
			return -1;
		}
		return 0;
	}
	int del(int fd)
	{
		epoll_event ev;
		ev.data.fd = fd;
		if (epoll_ctl(evfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev) == -1)
		{
			perror("epoll_del error!");
			return -1;
		}
		return 0;
	}
	pair<int, EventType> get(uint32_t i)
	{
		return make_pair(events[i].data.fd, events[i].events);
	}
	bool isEventIn(EventType t)
	{
		return t&EPOLLIN;
	}
};

使用：
int n = fde.wait(-1);
for (int i=0; i<n; i++)
{
        pair<int, FDEvent::EventType> p = fde.get(i);
         if (p.first == listenfd)
        {
                int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &adsize);
                fde.add(clientfd);
        }
        else if (fde.isEventIn(p.second))
        {
               fde.del(p.first);
        }
}

参考文章：

1. http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9250579#（这个比较系统的讲epool）

2. http://watter1985.iteye.com/blog/1614039（这个是select, pool和epool源码剖析）

3. http://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html （这个总结的很好）