select、poll和epoll之间的区别

在深入理解select、poll和epoll之间的区别之前，首先要了解什么是IO多路复用模型。

IO多路复用

简单来说，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条件准备就绪，它就通知该进程去进行IO操作。

详细的描述可以参考IO模型。select、poll和epoll都是提供I/O多路复用的解决方案。

select

• 函数

int select(int maxfdp, fd_set *readset, fd_set *writeset,
            fd_set *exceptset, struct timeval *timeout);

• 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select时会被阻塞，直到有fd就绪（读、写、或者异常），或者超时（timeout指定等待时间，如果立即返回设为null即可）函数返回一个大于0的值，然后通过遍历文件描述符集合fd_set，来找到就绪的描述符
• 说明：maxfdp是一个整数值，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。fd_set是以位图的形式来存储这些文件描述符。maxfdp也就是定义了位图中有效地位的个数
• 时间复杂度：O(n)，n为文件描述符集合fd_set的大小
• 文件描述符最大限制：1024

poll

• 函数

int poll ( struct pollfd * fds, unsigned int nfds, int timeout);

• 基本原理：和select 函数很相似，定义了一个struct pollfd结构类型的数组，用于存放需要检测其状态的所有文件描述符。调用poll函数之后，系统不会清空这个数组。特别是对于文件描述符比较多的情况下，在一定程度上可以提高处理的效率。这一点与select()函数不同，调用select()函数之后，select()函数会清空它所检测的文件描述符集合，导致每次调用select()之前都必须把文件描述符重新加入到待检测的集合中。因此，select()函数适合于只检测一个文件描述符的情况，而poll()函数适合于大量文件描述符的情况
• 时间复杂度：O(n)，n为文件描述符集合的大小
• 文件描述符最大限制：无限制，fds是一个链表

epoll

• 函数

// 建立一个epoll对象，参数size是内核保证能够正确处理的最大句柄数
int epoll_create(int size);

// 操作上面建立的epoll
// 例如，将刚建立的socket加入到epoll中让其监控，或者
// 把 epoll正在监控的某个socket句并移出epoll
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

// 在指定的timeout时间内，当所有句柄中有事件发生时，就返回给用户态的进程
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

• 基本原理：将所有的文件描述符fd_set存储在共享内存（用户空间和内核空间都可以直接访问）。调用epoll_create函数创建epoll对象，并以红黑树的结构存储在内核空间，epoll_ctl函数用来在红黑树中添加或者注销待监视文件描述符，最后调用epoll_wait函数直到有就绪的文件描述符立即返回给用户态进程

• 时间复杂度：O(1)
• 文件描述符最大限制：能打开的fd的上限远大于1024（1G的内存上能监听约10w+）

epoll的两种工作方式

• 水平触发（LT）：若就绪的事件一次没有处理完所有要做的事件，就会一直去处理。即就会将没有处理完的事件继续放回到就绪队列之中（即那个内核中的链表），一直进行处理
• 边缘触发（ET） ：就绪的事件只能处理一次，若没有处理完会在下次的其它事件就绪时再进行处理。而若以后再也没有就绪的事件，那么剩余的那部分数据也会随之而丢失。

ET模式的效率比LT模式的效率要高很多。只是如果使用ET模式，就要保证每次进行数据处理时，要将其处理完，不能造成数据丢失，这样对编写代码的人要求就比较高。 为了保证数据的完整性，ET模式只支持非阻塞的读写。

select、poll和epoll对比

实现机制	时间复杂度	连接数	传递方式
select	O(n)	1024	内核-->用户
poll	O(n)	无限制	内核-->用户
epoll	O(1)	很大	共享内存

在select和poll中，进程只有在调用方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，发现有任何一个文件描述符就绪或者超时就立刻返回。epoll采用基于事件的就绪通知方式，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。