IO复用的三种方法（select,poll,epoll）深入理解

（一）IO复用是Linux中的IO模型之一，IO复用就是进程告诉内核需要监视的IO条件，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件就绪，就通过进程处理，从而不会在单个IO上阻塞了，Linux中，提供了select、poll、epoll三种接口来实现IO复用
（二）select：
缺点：

    单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，通常是1024。由于select采用轮询的方式扫描文件描述符，文件描述符数量越多，性能越差；
    内核/用户空间内存拷贝，select需要大量的句柄数据结构，产生巨大开销；
    select返回的是含有整个句柄的数组，应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生事件；
    select的触发方式为水平触发，应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作，那么下次select调用还会将这些文件描述符通知进程；

（三）poll：

    使用链表保存文件描述符，没有了文件描述符的限制，但其他的三个缺点依然存在

（四）epoll：
上面所说的select缺点都不存在，epoll使用了一个文件描述符管理了多个文件描述符。拿select模型为例，假设我们服务器需要支持100万个并发链接，则在_FD_SETSIZE为1024的情况下，则我们至少需要开辟1K个进程才能实现100万的并发连接，除了进程上下文切换的时间消耗，从内核到用户空间的拷贝，数据轮询，是系统难以承受的，因此，基于select模型的服务器程序，要达到10万级别的并发访问，是一个很难完成的任务。
epoll的设计与select完全不同，epoll通过在Linux内核申请一个简易的文件系统（文件一般使用什么数据结构实现？B+树），把原先的select/epoll调用分为3个部分：

    调用epoll_create()建立了一个epoll对象（在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源）
    调用epoll_ctl()向epoll对象添加这100万个连接的套接字（ip地址+端口号）
    调用epoll_wait()收集发生事件的连接

epoll机制实现思路：
当某一进程调用epoll_create()方法时，Linux内核会创建一个eventpoll结构体，这个结构体中有两个成员与epoll的使用密切相关

struct eventpoll
{
    //............
    //红黑树的根节点，这棵树的每个节点代表着用户告诉内核需要监控的文件描述符
    struct rb_root rbr;
    //调用epoll_wait()函数后满足条件的文件描述符会被添加到rdlist中，也是后期返回用户的事件
    struct list_head rdlist;
};

每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体，用于存放epoll_ctl()方法向epoll对象中添加进来的事件，这些事件都会存放在这颗红黑树中，红黑树的增删查改的效率为logn，其中n为数的高度。
而所有添加到epoll对象中的事件都会与设备（网卡）驱动程序建立回调关系，当相应的事件发生时会调用这个回调方法，这个回调方法在内核中叫做ep_poll_back，它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。
在一个epoll对象中，对于每一个事件，都会建立一个epitem结构体如下：

struct epitem
{
    struct rb_node rbn;//红黑树节点
    struct list_head rdllink;//双向链表节点
    struct epoll_filefd ffd;//事件句柄信息
    struct eventpoll *ep;//指向其所属的event对象
    struct epoll_event event;//期待发生的事件类型
};


当调用epoll_wait()检查是否有事件发生时，只需要检查eventpoll对象中的rdlist双链表中是否有epitem元素即可，如果rdlist不为空，则把发生的事件复制到用户态，同时将事件数量返回给用户。
从上面的讲解可知：通过红黑树和双链表数据结构并结合回调机制，才有如此高效的epoll
epoll在使用ET模式的时候一定是非阻塞的，如果是阻塞的话，一个任务监控多个文件描述符时，当一个描述符阻塞就会使其他的描述符所在的任务失败（饿死）
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