转载自：https://blog.csdn.net/zhousenshan/article/details/78660017
目前支持I/O多路复用的系统调用有 select，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，poll，epoll本质上都是同步I/O，因为它们都需要在读写事件就绪后自己负责进行读写，也就是说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的实现会负责把数据从内核拷贝到用户空间。
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、except）或者超时，函数返回。当select函数返回后，可以通过遍历fdset，来找到就绪的描述符。 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fd是有一定限制的，它由FD_SETSIZE设置，默认值是1024。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。 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Socket是否活跃，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，当它们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。 3、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。
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：select和poll都需要在返回后，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。
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。
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“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：缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket。当epoll_wait检测到文件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：高速工作方式，只支持no-block socket。当epoll_wait检测到描述符事件发生（从未就绪变为就绪时）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。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。
select、poll、epoll区别 1．支持一个进程所能打开的最大连接数 select：单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是3232，同理64位机器上FD_SETSIZE为3264），当然可以对进行修改，然后重新编译内核，但是性能可能会受到影响。 poll：poll本质上和select没有区别，但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。 epoll:虽然连接数有上限，但是很大，1G内存的机器上可以打开10万左右的连接，2G内存的机器可以打开20万左右的连接。
2、FD剧增后带来的IO效率问题 select：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”。 poll：同上。 epoll：因为epoll内核中实现是根据每个fd上的callback函数来实现的，只有活跃的socket才会主动调用callback，所以在活跃socket较少的情况下，使用epoll没有前面两者 的线性下降的性能问题，但是所有socket都很活跃的情况下，可能会有性能问题。
3、消息传递方式 select：内核需要将消息传递到用户空间，都需要内核拷贝动作。 poll：同上。 epoll：epoll通过内核和用户空间共享一块内存来实现的。
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。) 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。但是当遇到大量的idle-connection，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。
