IO復用的三種方法（select,poll,epoll）深入理解

（一）IO復用是Linux中的IO模型之一，IO復用就是進程告訴內核需要監視的IO條件，使得內核一旦發現進程指定的一個或多個IO條件就緒，就通過進程處理，從而不會在單個IO上阻塞了，Linux中，提供了select、poll、epoll三種接口來實現IO復用
（二）select：
缺點：

    單個進程能夠監視的文件描述符的數量存在最大限制，通常是1024。由於select采用輪詢的方式掃描文件描述符，文件描述符數量越多，性能越差；
    內核/用戶空間內存拷貝，select需要大量的句柄數據結構，產生巨大開銷；
    select返回的是含有整個句柄的數組，應用程序需要遍歷整個數組才能發現哪些句柄發生事件；
    select的觸發方式為水平觸發，應用程序如果沒有完成對一個已經就緒的文件描述符進行IO操作，那么下次select調用還會將這些文件描述符通知進程；

（三）poll：

    使用鏈表保存文件描述符，沒有了文件描述符的限制，但其他的三個缺點依然存在

（四）epoll：
上面所說的select缺點都不存在，epoll使用了一個文件描述符管理了多個文件描述符。拿select模型為例，假設我們服務器需要支持100萬個並發鏈接，則在_FD_SETSIZE為1024的情況下，則我們至少需要開辟1K個進程才能實現100萬的並發連接，除了進程上下文切換的時間消耗，從內核到用戶空間的拷貝，數據輪詢，是系統難以承受的，因此，基於select模型的服務器程序，要達到10萬級別的並發訪問，是一個很難完成的任務。
epoll的設計與select完全不同，epoll通過在Linux內核申請一個簡易的文件系統（文件一般使用什么數據結構實現？B+樹），把原先的select/epoll調用分為3個部分：

    調用epoll_create()建立了一個epoll對象（在epoll文件系統中為這個句柄對象分配資源）
    調用epoll_ctl()向epoll對象添加這100萬個連接的套接字（ip地址+端口號）
    調用epoll_wait()收集發生事件的連接

epoll機制實現思路：
當某一進程調用epoll_create()方法時，Linux內核會創建一個eventpoll結構體，這個結構體中有兩個成員與epoll的使用密切相關

struct eventpoll
{
    //............
    //紅黑樹的根節點，這棵樹的每個節點代表着用戶告訴內核需要監控的文件描述符
    struct rb_root rbr;
    //調用epoll_wait()函數后滿足條件的文件描述符會被添加到rdlist中，也是后期返回用戶的事件
    struct list_head rdlist;
};

每一個epoll對象都有一個獨立的eventpoll結構體，用於存放epoll_ctl()方法向epoll對象中添加進來的事件，這些事件都會存放在這顆紅黑樹中，紅黑樹的增刪查改的效率為logn，其中n為數的高度。
而所有添加到epoll對象中的事件都會與設備（網卡）驅動程序建立回調關系，當相應的事件發生時會調用這個回調方法，這個回調方法在內核中叫做ep_poll_back，它會將發生的事件添加到rdlist雙鏈表中。
在一個epoll對象中，對於每一個事件，都會建立一個epitem結構體如下：

struct epitem
{
    struct rb_node rbn;//紅黑樹節點
    struct list_head rdllink;//雙向鏈表節點
    struct epoll_filefd ffd;//事件句柄信息
    struct eventpoll *ep;//指向其所屬的event對象
    struct epoll_event event;//期待發生的事件類型
};


當調用epoll_wait()檢查是否有事件發生時，只需要檢查eventpoll對象中的rdlist雙鏈表中是否有epitem元素即可，如果rdlist不為空，則把發生的事件復制到用戶態，同時將事件數量返回給用戶。
從上面的講解可知：通過紅黑樹和雙鏈表數據結構並結合回調機制，才有如此高效的epoll
epoll在使用ET模式的時候一定是非阻塞的，如果是阻塞的話，一個任務監控多個文件描述符時，當一個描述符阻塞就會使其他的描述符所在的任務失敗（餓死）
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