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IO 多路复用是指内核一旦发现进程指定的一个或者多个 IO 条件准备读取，它就通知该进程。IO 多路复用适用如下场合：

1. 当客户处理多个描述符时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用 I/O 复用。
2. 当一个客户同时处理多个套接口时，而这种情况是可能的，但很少出现。
3. 如果一个 TCP 服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到 I/O 复用。
4. 如果一个服务器即要处理 TCP，又要处理 UDP，一般要使用 I/O 复用。
5. 如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用 I/O 复用。

与多进程和多线程技术相比，I/O多路复用技术的最大优势是系统开销小，系统不必创建进程/线程，也不必维护这些进程 / 线程，从而大大减小了系统的开销。

目前支持 I/O 多路复用的系统调用有 select，pselect，poll，epoll，I/O 多路复用就是通过一种机制，一个进程可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或者写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。但select，pselect，poll，epoll本质上都是同步阻塞I/O，因为他们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写（同步），且这个读写过程是阻塞的，而异步 I/O 则无需自己负责进行读写，异步 I/O 的实现程序会负责把数据从内核拷贝到用户空间。这种方法是异步非阻塞IO

1 select、poll、epoll 简介

1.1 select

基本原理：

select 函数监视的文件描述符分 3 类，分别是 writefds、readfds、和 exceptfds。调用后 select 函数会阻塞，直到有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有 except），或者超时（timeout 指定等待时间，如果立即返回设为 null 即可），当 select 函数有返回后，可以通过遍历 fdset，来找到就绪的描述符。进程再进行recvform系统调用，将数据由内核拷贝到用户进程

基本流程，如图所示：

select 目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点

select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是：

1. select 最大的缺陷就是单个进程所打开的 文件描述符 FD 是有一定限制的，它由 FD_SETSIZE 设置，默认值是 1024。

   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察看。32 位机默认是 1024 个。64 位机默认是 2048.

1. 对 socket 进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低。

   当有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有 except）时，尤其是套接字比较多的时候，每次 select() 都要通过遍历所有的 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。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是 epoll 与 kqueue 做的。

1. **需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大。**

1.2 poll

基本原理：

poll本质上和select没有区别，它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。

它没有最大连接数的限制，**原因是它是基于链表来存储的**，但是同样有一个缺点：

1. 大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
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。

注意：

从上面看，select 和 poll 都需要描述符就绪后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的socket。事实上，同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

1.3 epoll

epoll 是在 2.6 内核中提出的，是之前的 select 和 poll 的增强版本。相对于 select 和 poll 来说，epoll 更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

基本原理：

epoll支持水平触发和边缘触发，最大的特点在于边缘触发，它只告诉进程哪些fd刚刚变为就绪态，并且只会通知一次。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过 epoll_ctl 注册 fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait 便可以收到通知。

epoll 的优点：

1. 没有最大并发连接的限制，能打开的 FD 的上限远大于 1024（1G 的内存上能监听约 10 万个端口）。
2. 效率提升，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。
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。

epoll 对文件描述符的操作有两种模式：**LT（level trigger）和ET（edge trigger）**。LT 模式是默认模式，LT 模式与 ET 模式的区别如下：

LT 模式：当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用 epoll_wait 时，会再次响应应用程序并通知此事件。

ET 模式：当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用 epoll_wait 时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

1. LT 模式

LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。

1. ET 模式

ET(edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过 epoll 告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了 (比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个 EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once)。

ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll 工作在 ET 模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读 / 阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

1. 在 select/poll 中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而 epoll 事先通过 epoll_ctl() 来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用 epoll_wait() 时便得到通知。(此处去掉了遍历文件描述符，而是通过监听回调的的机制。这正是epoll的魅力所在。)

注意：

如果没有大量的 idle-connection 或者 dead-connection，epoll 的效率并不会比 select/poll 高很多，但是当遇到大量的 idle-connection，就会发现 epoll 的效率大大高于 select/poll。

2 select、poll、epoll 区别总结

一个进程所能打开的最大连接数

FD 剧增后带来的 IO 效率问题

消息传递方式

综上，在选择 select，poll，epoll 时要根据具体的使用场合以及这三种方式的自身特点：

1. 表面上看 epoll 的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟 epoll 的通知机制需要很多函数回调。
2. select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善。