三者均为I/O多路复用，即通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪，能够通知程序进行相应的读写操作。
但三者本质上均为同步IO，都需要在读写事件就绪后自己负责读写;
异步IO无需自己负责读写，其负责将数据从内核拷贝至用户空间

select

本质上通过【设置或检查存放fd的数据结构（数组）】来进行下一步操作。

工作流程详解

1. 从用户空间拷贝fd_set到内核空间
2. 注册回调函数__pollwait

3. 遍历fd_set调用其对应poll方法(对于socket来说，为sock_poll，会根据情况调用tcp_poll,udp_poll或datagram_poll)

   当进程A创建socket时，操作系统会创建一个由文件系统管理的socket对象，包含了发送缓冲区、接受缓冲区及等待队列；

   • 等待队列：指向所有需要等待该socket事件的进程

   ps:操作系统添加等待队列，只是添加了对这个“等待中”进程的引用

   1. __pollwait工作：把current挂到设备（对应socket）的等待队列中，不同的设备有不同的等待队列，对于tcp_poll来说，其等待队列是sk->sk_sleep(注意：把进程挂到等待队列并不代表进程睡眠！)。在设备收到一条消息（网络设备）或文件数据写入（磁盘设备）后，会唤醒设备等待队列上睡眠的进程，此时current被唤醒；
4. poll方法返回一个描述符就绪的mask掩码，给fd_set赋值
5. 若遍历完fd，未返回mask掩码，则将调用select进程暂挂（进入睡眠）。若超过一定时间未唤醒，则该进程会被从新唤醒获得CPU，重复上述过程；
6. 4步骤之后，把设置好的fd_set由内核态拷贝至用户态

   结论（缺点）

• 每次调用select，都需要用户态和内核态之间的两次拷贝！
• 每次调用select，都需要在内核态遍历所有fd

  Poll

  将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。

Epoll

讲概念

epoll是IO多路复用的一种，其他包括select和poll。IO可以分为三种，分别是阻塞IO、非阻塞IO、IO多路复用。
IO多路复用指的是可以同时阻塞多个IO操作，而且可以同时对多个读操作和写操作进行检测。

如何使用epoll

主要有如下3个函数服务epoll机制；

• 调用epoll_create，其会在epoll文件系统中创建file对象，并在内核中开辟cache用于存储红黑树和双向链表。

左上角的图修正：实为双向链表（rdlist(就绪列表)）！

• 调用epoll_ctl,会将socket添加epoll文件系统创建的file对象的红黑树上，还会给内核中断处理程序注册一个回调函数，当该句柄的中断事件发生，则将其添加至file对象的双向链表上。

• 调用epoll_wait,当有事件发生时，则返回事件发生的次数，事件的句柄存储在双向链表上；若epoll_wait无事件发生，则一直阻塞或等待一段时间后返回0，或被中断。

  说说epoll的触发模式

  epoll触发模式主要分为LT和ET，LT为水平触发模式，是默认模式，ET为边沿触发模式。
  LT和ET的区别便在触发机制上，LT模式很简单，我来先讲讲LT模式把。

  LT模式下的触发方式

  LT水平触发，顾名思义，只要缓冲区里有数据，就回触发epoll_wait返回。主要的步骤逻辑是：
  对于读事件，若缓冲区第一次没读完，LT模式下内核会频繁检测该句柄状态，若检测到该句柄未读完，则将其从新加入EPOLL的双向链表中，状态为读就绪。
  对于写事件，若缓冲区一次没写完，即缓冲区中还剩下数据，则将其新加入EPOLL的双向链表中，状态为写就绪。

  ET模式下的触发方式

  ET模式，确实比较难理解，linux 自带的manual中也没有将ET模式的触发问题叙述清楚。一般来说,ET的触发模式如下：
  对于读事件，当缓冲区由空到非空时，读事件触发；
  对于写事件，当缓冲区由满到不满时，写事件触发；
  但经过我的代码测试，还有如下两种情况会触发ET模式下的事件,我的代码时在内核版本为4.18的机器上运行的。
  对于读事件，当缓冲区数据变多时，读事件触发；
  对于写事件，当缓冲区数据变少时，写事件触发；
  我简单描述一下我的代码实现:

  • 创建一个客户端和一个服务器
  • 客户端往缓冲区中写入8个字节数据，比如aaaabbbb
  • 服务器从缓冲区每次拿4个字节数据,服务器通过epoll实现，注册了客户端的连接描述符

从我的测试结果来看，客户端每次写时，服务器才拿数据，说明了，
对于读事件，当缓冲区数据增多时，读事件会触发。

epoll为什么高效

• 减少了用户态和内核态的文件句柄拷贝（共享内存实现）
• 减少了对可读、可写句柄的遍历（双向链表）

mmap加速了内核与用户空间的信息传递，epoll通过内核与用户mmap同一块内存，避免了无谓的内存拷贝。IO性能不会随着监听的文件描述符数量增加而下降
使用红黑树来存储注册的句柄，增删的性能都非常好

mmap深度剖析

【深入浅出Linux】关于mmap的解析

mmap:在进程虚拟地址空间分配地址空间，创建和物理内存的映射关系。

• 映射关系
  • 文件映射：磁盘文件映射进程的虚拟空间，使文件内容初始化物理内存。
  • 匿名映射：初始化全为0的内存空间
• 映射关系是否共享
  • 私有映射：多进程数据共享，修改不反映到磁盘文件【写时复制】
  • 共享映射：多进程数据共享，修改反映到磁盘文件。
• 总结（四种组合）
  • 私有文件映射：多个进程共享相同的物理页，但各个进程对内存文件的修改不会共享，也不会反映到磁盘文件
  • 私有匿名映射：mmap会创建一个新的映射（虚拟地址到物理地址），各个进程不共享，这种使用主要用于分配内存(malloc分配大内存会调用mmap)。例如开辟新进程时，会为每个进程分配虚拟的地址空间，这些虚拟地址映射的物理内存空间各个进程间【读共享、写复制】
  • 共享文件映射：多个进程共享同样的物理内存空间，对内存空间的修改反映到实际文件中，【IPC的一种】
  • 共享匿名映射：这种机制在fork时不会【写时复制】，父子进程完全共享相同的物理内存也，实现了父子进程间通信【IPC】

• 注意：

  • mmap只是在虚拟内存分配了空间，只有在第一次访问虚拟内存时才分配物理页

    在mmap之后，并没有将文件内容加载到物理页上，仅在虚拟内存中分配了地址空间。当进程在访问这段虚拟地址映射的物理地址时，通过查找页表，发现虚拟地址对应的页没有在物理内存中缓存，触发“缺页中断”，由内核的缺页异常处理程序处理，将该文件内容，以页为单位（4K）加载到物理内存。

• mmap在write和read时的情况

  • write
    • 进程（用户态）将需要写入的数据copy到对应的mmap地址（内存copy）
    • 若mmap未对应物理内存，则产生缺页异常，由内核处理
    • 若对应，则直接copy到对应内存
    • 由操作系统调用，将脏页写回磁盘（一般异步）
  • read
    • 图1，由于进程无法直接访问内核，内核需要将数据copy给用户态的buffer
    • 图2，mmap之后，进程可以直接访问mmap的数据

参考：
【深入浅出Linux】关于mmap的解析

总结（对比）

epoll在select和poll（poll和select基本一样，有少量改进）的基础引入了eventpoll作为中间层，使用了先进的数据结构，是一种高效的多路复用技术。