一、概述
I/O復用使得程序能同時監(jiān)聽多個文件描述符，這對提高程序的性能至關重要。
I/O復用雖然能同時監(jiān)聽多個文件描述符，但本身是阻塞的。并且當多個描述符同時就緒時，如果不采用額外的措施，程序就只能按照順序依次處理其中的每個文件描述符，使得服務器程序看起來像串行工作一樣。要實現并發(fā)，只能使用多進程或者多線程等方式實現。
linux下實現I/O復用的系統(tǒng)調用主要有select、poll、epoll。
二、select
select系統(tǒng)調用的用途是，在一段時間內，監(jiān)聽用戶感興趣的文件描述符上可寫和異常事件。
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds,
const struct timeval *timeout);
1、nfds
nfds參數指被監(jiān)聽文件描述符的總數，通常設為做大文件描述符值加1。
2、readfds, writefds, exceptfds
分別指向可讀，可寫和異常事件對應的文件描述符集合。select通過這三個參數傳入自己感興趣的文件描述符，內核修改它們來通知應用程序哪些文件描述符已經就緒。
fd_set結構體僅包含一個整型數組，該數組每一個元素的每一位都標記一個文件描述符，是一個bitmap。其最大文件描述符的數量由FD_SETSIZE指定，這限制了select能同時處理的文件描述符總量。
3、timeout
超時時間。該參數與poll、epoll不同，是一個timeval結構類型指針?？梢跃_到微妙。如果給timeval中tv_sec和tv_usec傳遞的都是0，則表示立即返回，非阻塞。如果給timeout傳遞null，則select將一直阻塞，直到某個文件描述符就緒。
4、返回值
成功時，返回就緒（可讀、可寫和異常）文件描述符總數。超時時間內沒有任何文件返回0。失敗返回-1，并設置errno。如果等待期間，接收到信號，則立刻返回-1，并設置errno為EINTR。
三、poll
poll和select相似，也是在指定時間內輪詢一定數量的文件描述符，以測試其中是否有就緒者。poll原型如下：
#include<poll.h>
int poll(struct pollfd * nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd{
int fd;
short events;
short revents;
};
1、fds
fds參數是一個pollfd結構類型的數組，它指定了所有我們感興趣文件描述符上發(fā)生的可讀、可寫和異常等事件。
pollfd中fd是文件描述符，events是注冊的事件，revents是實際發(fā)生的事件，由內核填充，用來通知應用程序fd上實際發(fā)生了哪些事件。
2、nfds
指定被監(jiān)聽事件幾何fds的大小
typedef unsigned long int nfds_t;
3、timeout
poll的超時時間。單位是毫秒，當值為-1時，poll調用將永遠阻塞，直到某個事件發(fā)生；當timeout為0，poll將立即返回。
4、返回值
返回值與select相同
四、epoll
epoll是linux特有的I/O復用函數。它在實現和使用上與select、poll有很大差別。
- 用一組函數來完成任務，而不是單個函數。
- 把用戶關系的文件描述符上的事件放在內核里的一個事件表中，無需像select、poll那樣每次調用都重復傳入文件描述符和事件集。
- 需要一個額外的文件描述符，來唯一標識內核中這個事件表。這個文件描述符由epoll_create函數創(chuàng)建。
1、epoll_create
#include<sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
size參數現在不起作用，只是給內核一個提示，告訴它事件表需要多大。該函數返回的文件描述符用于其它epoll函數的第一個參數，以指定要訪問的內核事件表。
2、epoll_ctl
#include<sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
/*op有三種類型：
EPOLL_CTL_ADD，往事件表中注冊fd上的事件
EPOLL_CTL_MOD，修改fd上的注冊事件
EPOLL_CTL_DEL，刪除fd上的注冊事件*/
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
3、epoll_wait
是epoll系統(tǒng)調用主要的接口函數。它在一段時間內等待一組文件描述符上的事件，其原型如下：
#include<sys/epoll.h>
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
- timeout含義與poll相同
- 函數返回的含義與select/poll相同
- maxevents表示最多監(jiān)聽多少個事件
epoll_wait如果檢測到事件，就將所有就緒事件從內核事件表中復制到它的第二個參數events指向的數組中。這個數組只用于輸出epoll_wait檢測到的事件。而不像select/poll那樣即用于輸入，也用于輸出。因此提高了應用程序索引就緒文件的描述符的效率。
4、LT和ET模式
epoll對文件描述符的操作有兩種模式：LT(level trigger,電平觸發(fā))和ET(edge trigger)
LT模式是默認的工作模式，此模式下epoll相當于一個效率較高的poll。當往epoll內核事件表中注冊一個文件描述符上的EPOLLET事件時，epoll將采用ET模式，ET是epoll高效的規(guī)則模式。
對于LT，epoll_wait檢測到其上有事件發(fā)生并將此事件通知應用程序后，應用程序可以不立即處理該事件。因此應用程序下次調用epoll_wait時，還將向應用程序通知該事件，直至該事件被處理。
對于ET，epoll_wait檢測到其上有事件發(fā)生并將此事通知應用程序后，應用程序必須立即處理該事件，后續(xù)epoll_wait將不再向應用程序通知這一事件。ET模式在很大程度上降低了同一事件被重復觸發(fā)次數，因此效率比LT高。每個使用ET模式的文件描述符都應該是非阻塞的。如果文件描述符是阻塞的，那么讀寫操作都會因沒有后續(xù)事件而處于阻塞狀態(tài)。
五、三組I/O復用函數比較
三者都由timeout參數指定超時時間，直到一個或多個文件描述符上有時間發(fā)生時返回，返回值就是文件描述符的數量。返回0表示沒有事件發(fā)生。
1、select沒有文件描述符與事件綁定，它僅僅是一個文件描述符的幾何，因此select需要提供三個此類參數來區(qū)分傳入的可讀，可寫，異常事件。一方面使得其不能處理更多事件，另一方面內核對fd_set集合在線修改，應用程序下次需要重置此三個fd_set集合。
2、poll則比select聰明些，它把文件描述符和事件都定義在其中，任何任何事件都被統(tǒng)一處理，從而簡化了編程接口。由于select/poll每次都需要返回整個用戶注冊事件集合，應用程序索引文件描述符時間復雜度為O(n)
3、epoll在內核維護一個事件表，并提供epoll_ctl來控制向其中添加、刪除、修改事件。這樣，epoll調用直接從該內核事件表中取得用戶注冊事件，從而無需反復從用戶空間讀入這些事件。epoll_wait系統(tǒng)調用的events參數僅用來返回就緒事件，使得應用程序索引就緒事件描述符的時間復雜度為O(1)
4、poll/epoll分別采用nfds和maxevents參數指定最多監(jiān)聽的文件描述符合事件。這兩個數值都能達到系統(tǒng)允許的最大最大文件描述符數，65536。而select允許最大監(jiān)聽最大文件描述符數量通常有限制。
5、select/poll都支持相對低效的LT模式，epoll可在ET模式下工作，epoll還支持EPOLLONESHOT事件
6、活動連接比較多是，epoll效率未必比select、poll高，因為此時回調函數被觸發(fā)過于頻繁。epoll適用于連接數量較多，但活動連接相對較少的情況。
7、select，poll，epoll本質上都是同步I/O，因為他們都需要在讀寫事件就緒后自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的，而異步I/O則無需自己負責進行讀寫，異步I/O的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。
參考文獻：
1、Linux IO模式及 select、poll、epoll詳解
2、Anker—工作學習筆記
3、細說select、poll和epoll之間的區(qū)別與優(yōu)缺點
4、select，poll，epoll優(yōu)缺點及比較
