io多路复用

水平触发（Level Triggered）：将就绪的fd告诉进程后，若进程没有对其进行IO操作，则下次执行检测时会再次报告这些fd，select、poll、epoll均支持；

边缘触发（Edge Triggered）：只告诉一遍，下次就不在告诉了，仅epoll支持；

select

#include <sys/time.h>  
#include <unistd.h>  
/*
参数：
    maxfd：一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1
    rdset、wrset、exset：要监视的读、写、异常文件描述符的集合
    timeout:超时时间
        NULL：将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；
        0：不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；
        >0：等待的超时时间，即在timeout时间内阻塞，之内有事件到来就返回了，否则在超时后返回，返回值同上述
返回值：
    <0：错误，并设置errorno
    0：等待超时
    >0：可读写或异常的文件描述符的个数
fd_set
    是一个数组的宏定义，实际上是一long类型的数组，每一个数组元素都能与一打开的文件句柄(socket、文件、管道、设备等)建立联系，建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根据IO状态修改fd_set的内容，由此来通知执行了select()的进程哪个句柄可读，其中每一bit对应一个文件描述符id，
    FD_SET(int fd, fd_set *fdset);       //将fd加入set集合 
    FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);       //将fd从set集合中清除 
    FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);     //检测fd是否在set集合中，不在则返回0 
    FD_ZERO(fd_set *fdset);              //将set清零使集合中不含任何fd
    FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，其值通常是1024
    fd_set的大小决定了select可操作fd的大小；
    fd的最大值必须<FD_SETSIZE
    为方便理解，去fd_set为1字节长度即8bit：
        1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位表示是0000,0000。
        2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);后set变为0001,0000(第5位置为1)
        3）若再加入fd＝2，fd=1,则set变为0001,0011
        4）执行select(6,&set,0,0,0)阻塞等待
        5）若fd=1,fd=2上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。
   
   
*/
int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout); 
//select返回时会将处理rdset、wrset、exset，即将未有时间发生的fd从fd_set中清除；

思路

对所有的fd进行线性扫描，即轮询一次

缺点

1. 单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限

   一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048

2. 对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低

   当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间

3. 每次调用select，需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，然后在内核遍历fd集合，当fd集合很大时，开销会比较大

poll

#include <poll.h>
/*
参数：
    fds[]：要监视的文件描述符数组
    nfds：数组fds中结构体元素的总数量
    timeouts，同select
pollfd：
    struct pollfd {
        int fd; //文件描述符
        short events; // 等待的需要测试事件
        short revents; // 实际发生了的事件，也就是返回结果
    };
events、revents:
    POLLIN 有数据可读。
    POLLRDNORM   有普通数据可读。
    POLLRDBAND　 有优先数据可读。
    POLLPRI 有紧迫数据可读。
    POLLOUT      写数据不会导致阻塞。
    POLLWRNORM　  写普通数据不会导致阻塞。
    POLLWRBAND　   写优先数据不会导致阻塞。
    POLLMSGSIGPOLL 消息可用。
revents域中还可能返回下列事件：
    POLLER   指定的文件描述符发生错误。
    POLLHUP 指定的文件描述符挂起事件。
    POLLNVAL指定的文件描述符非法。
返回值：同select
*/
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout)；
//poll执行后，当指定fd的有事件发生时，会设置其对应的结构体的revents

思路

poll本质上和select没有区别，但它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的

缺点

1. 它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的
2. poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd

epoll

#include<sys/epoll.h>
/*创建内核事件表
参数：
    size：并不起作用，只是给内核一个提示，告诉它事件表需要多大
返回值：
    >0，文件描述符，指定要访问的内核事件表，是其他所有epoll系统调用的句柄。
    -1，失败
*/
int epoll_create(int size);
/*操作内核事件表
参数：
    epfd：epoll_create返回值
    op：操作类型
        EPOLL_CTL_ADD， 往事件表中注册fd上的事件；
        EPOLL_CTL_MOD， 修改fd上注册的事件；
        EPOLL_CTL_DEL， 删除fd上注册的事件
    fd：需要监控的fd
    event：指定事件数组
epoll_event：
    struct epoll_event
    {
        __int32_t events;       //epoll事件
        epoll_data_t data;      //用户数据
    };
    typedef union epoll_data
    {
        void *ptr;
        int  fd;
        uint32_t u32;
        uint64_t u64;
    }epoll_data;
返回值：
    0，成功
    -1，失败
在使用epoll_ctl时，是把fd添加、修改到内核事件表中，或从内核事件表中删除fd的事件。如果是添加事件到事件表中，可以往data中的fd上添加事件events，或者不用data中的fd，而把fd放到用户数据ptr所指的内存中（因为epoll_data是一个联合体，只能使用其中一个数据）,再设置events。
*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
/*一段时间内等待一个组文件描述符上的事件
参数：
    epfd：epoll_create返回值
    events：一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件
    maxevents：当前需要监听的所有fd数
    timeout:
        0，马上返回
        -1，阻塞，直到有事件发生
        >0，超时时间
返回值：
    >0，成功，就绪文件fd的个数
    -1：失败
*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

思路

epoll支持水平触发和边缘触发，会把监控的fd放在内核中的一个事件表中，使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核将触发回调函数，该回调函数将就绪的文件描述符和事件拷贝到用户空间events所管理的内存，epoll_wait便可以收到通知

优点

1. 没有最大并发连接的限制
2. 效率提升
3. 内存拷贝，利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递；即epoll使用mmap减少复制开销

三种比较

比较点	select	poll	epoll
一个进程最大连接数	由FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小，可以对进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响，这需要进一步的测试	基于链接存储，无限制	上限很大，1G内存的可以打开10万左右的连接
效率	因为每次调用时都会对连接进行线性遍历，所以随着FD的增加会造成遍历速度慢的“线性下降性能问题”。	同select	不是轮询的方式，不会随着FD数目的增加效率下降。只有活跃可用的FD才会调用callback函数；即Epoll最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll
消息传递方式	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作	同select	内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作
事件集合	内核会修改fd_set，五哦一每次调用都需要重置fd_set	events传入revents反馈	使用内核事件表管理；epoll_eait的events仅用来保存就绪事件
索引就绪fd的时间复杂度	$O(n)$	$O(n)$	$O(1)$
内核实现	轮询	轮询	回调
工作模式	LT	LT	LT和ET