一、什么是io多路復(fù)用
在bio模型中鞋拟，一個(gè)io請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程骂维，造成線程極大浪費(fèi)，且沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的情況下贺纲，線程也一直阻塞等待航闺，資源利用率不高。
在nio模型中猴誊，多個(gè)io請(qǐng)求歸一個(gè)線程管理潦刃，當(dāng)io就緒的時(shí)候，線程通知應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫懈叹，這樣不用創(chuàng)建很多線程乖杠，線程也不用一直阻塞等待io就緒，這樣的技術(shù)稱為io多路復(fù)用项阴。
io多路復(fù)用通過一種機(jī)制滑黔，可以監(jiān)視多個(gè)文件描述符，一旦某個(gè)文件描述就緒（）环揽，能夠通知應(yīng)用程序進(jìn)行相應(yīng)的io讀寫操作略荡。
二、為什么用io多路復(fù)用
io多路復(fù)用解決了多線程io阻塞問題歉胶，避免創(chuàng)建很多線程汛兜，及降低線程上下文切換的開銷，提升資源利用率通今。
三粥谬、io多路復(fù)用模型原理分析
監(jiān)視多個(gè)文件描述符的機(jī)制不同肛根，io多路復(fù)用技術(shù)主要有select，poll漏策，epoll派哲，本質(zhì)上都是阻塞io，因?yàn)樗麄兌夹枰趇o就緒后掺喻，自己負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)在用戶空間和內(nèi)核空間之間copy砚尽。非阻塞io無需自己負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)copy殉挽，操作系統(tǒng)會(huì)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間copy到用戶空間坡椒。
1.select：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
監(jiān)視多個(gè)文件描述符的屬性變化（可讀吁脱、可寫、錯(cuò)誤異常）即硼。select監(jiān)視的文件描述符有3類：writefds逃片，readfds，execeptfds只酥，調(diào)用select 線程會(huì)阻塞褥实，知道有描述符就緒，才返回裂允，之后通過遍歷fdset來找到就緒的描述符性锭。
nfds: 要監(jiān)視的文件描述符的范圍，在 Linux 上最大值一般為1024叫胖。
readfd: 監(jiān)視的可讀描述符集合，只要有文件描述符即將進(jìn)行讀操作她奥，這個(gè)文件描述符就存儲(chǔ)到這瓮增。
writefds: 監(jiān)視的可寫描述符集合，只要有文件描述符即將進(jìn)行寫操作哩俭，這個(gè)文件描述符就存儲(chǔ)到這里绷跑。
exceptfds: 監(jiān)視的錯(cuò)誤異常描述符集合。
timeout: 超時(shí)時(shí)間凡资，它告知內(nèi)核等待任何一個(gè)文件描述符就緒可花多少時(shí)間砸捏。有3中設(shè)置：
1）永遠(yuǎn)等待，僅有一個(gè)描述符就緒后返回隙赁；
2）不等待垦藏，檢查所有描述符看其是否就緒，是一種輪訓(xùn)方式伞访，返回就緒的個(gè)數(shù)掂骏；
3）等待固定時(shí)間，返回就緒的個(gè)數(shù)厚掷。
優(yōu)點(diǎn)：所有平臺(tái)都支持弟灼，不存在兼容問題级解。
缺點(diǎn)：1）每次調(diào)用select，都要把fe集合從用戶態(tài)copy到內(nèi)核態(tài)田绑，fd很多時(shí)勤哗，開銷很大。同時(shí)在內(nèi)核態(tài)要遍歷fd掩驱，看其是否就緒芒划，開銷也很大。
2.poll:int poll(struct pollfd fds, nfds_t nfds, int timeout);
poll的本質(zhì)和select一樣昙篙，沒有太大差別腊状，管理多個(gè)描述符也是進(jìn)行輪詢，根據(jù)描述符狀態(tài)進(jìn)行處理苔可，但poll沒有最大描述符個(gè)數(shù)限制（select限制1024個(gè)）缴挖，但是隨著數(shù)量的增加，性能也有下降焚辅。poll() 和 select() 同樣存在一個(gè)缺點(diǎn)就是映屋，包含大量文件描述符的數(shù)組被整體復(fù)制于用戶態(tài)和內(nèi)核的地址空間之間，而不論這些文件描述符是否就緒同蜻，它的開銷隨著文件描述符數(shù)量的增加而線性增大棚点。
fds：不同于 select() ，使用三個(gè)位置來表示三個(gè) fd集合湾蔓，poll() 使用一個(gè) pollfd 的指針瘫析，指向一個(gè) pollfd 結(jié)構(gòu)體數(shù)組，結(jié)構(gòu)體中包括了要監(jiān)視的文件描述符和事件,感興趣的事件由結(jié)構(gòu)中 events 來確定默责，調(diào)用后實(shí)際發(fā)生的時(shí)間將被填寫在結(jié)構(gòu)體的 revents 域中贬循，如下：
struct pollfd{
int fd; / 文件描述符 /
short events; / 感興趣的事件 /
short revents; / 實(shí)際發(fā)生了的事件 */
};
nfds: 指定第一個(gè)參數(shù)數(shù)組元素個(gè)數(shù)，并不是限制監(jiān)視的文件描述符個(gè)數(shù)桃序，poll不限制文件描述符個(gè)數(shù)杖虾。
timeout: 指定等待的毫秒數(shù)，無論 I/O 是否就緒媒熊，poll() 都會(huì)返回奇适。當(dāng)?shù)却龝r(shí)間為 0 時(shí)，poll() 函數(shù)立即返回芦鳍，為 -1 則使 poll() 一直阻塞直到一個(gè)感興趣的事件發(fā)生后返回嚷往。
poll() 返回結(jié)構(gòu)體中 revents 域不為 0 的文件描述符個(gè)數(shù)；如果在超時(shí)前沒有任何事件發(fā)生柠衅，poll()返回 0间影；
返回-1說明有錯(cuò)誤發(fā)生，具體錯(cuò)誤有以下集中:
EBADF：一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)體中指定的文件描述符無效。
EFAULT：fds 指針指向的地址超出進(jìn)程的地址空間魂贬。
EINTR：請(qǐng)求的事件之前產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)巩割，調(diào)用可以重新發(fā)起。
EINVAL：nfds 參數(shù)超出 PLIMIT_NOFILE 值付燥。
ENOMEM：可用內(nèi)存不足宣谈，無法完成請(qǐng)求。
poll和select非常類似键科，只是fd集合的方式不同闻丑，poll使用結(jié)構(gòu)體數(shù)組，select用set勋颖，其他都差不多嗦嗡。
3.epoll:
int epoll_create(int size);創(chuàng)建一個(gè)epoll文件描述符，管理其他多個(gè)文件描述符饭玲。
size: 用來告訴內(nèi)核這個(gè)監(jiān)聽的數(shù)目一共有多大侥祭，參數(shù) size 并不是限制了 epoll 所能監(jiān)聽的描述符最大個(gè)數(shù)，只是對(duì)內(nèi)核初始分配內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)建議茄厘。當(dāng)創(chuàng)建好 epoll 描述符后矮冬，它就是會(huì)占用一個(gè) fd 值，在使用完 epoll 后次哈，必須調(diào)用 close() 關(guān)閉胎署，否則可能導(dǎo)致 fd 被耗盡。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);事件注冊(cè)窑滞，它不同于 select() 是在遍歷描述符時(shí)告訴內(nèi)核要關(guān)注什么事件琼牧，而是在這里先注冊(cè)要關(guān)注的事件。
epfd: epoll 專用的文件描述符哀卫，epoll_create()的返回值
op: 表示動(dòng)作障陶，用三個(gè)宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：注冊(cè)新的 fd 到 epfd 中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經(jīng)注冊(cè)的fd的監(jiān)聽事件聊训；
EPOLL_CTL_DEL：從 epfd 中刪除一個(gè) fd；
fd: 需要監(jiān)視的文件描述符
event: 告訴內(nèi)核要監(jiān)聽什么事件恢氯，主要有以下事件：
EPOLLIN ：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以讀（包括對(duì)端 SOCKET 正常關(guān)閉）带斑；
EPOLLOUT：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符有緊急的數(shù)據(jù)可讀勋拟；
EPOLLERR：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符發(fā)生錯(cuò)誤勋磕；
EPOLLHUP：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符被掛斷；
EPOLLET ：將 EPOLL 設(shè)為邊緣觸發(fā)(Edge Triggered)模式敢靡，這是相對(duì)于水平觸發(fā)(Level Triggered)來說的挂滓。
EPOLLONESHOT：只監(jiān)聽一次事件，當(dāng)監(jiān)聽完這次事件之后啸胧，如果還需要繼續(xù)監(jiān)聽這個(gè) socket 的話赶站，需要再次把這個(gè) socket 加入到 EPOLL 隊(duì)列里幔虏。
int epoll_wait( int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout );注冊(cè)在epoll中已經(jīng)發(fā)生的事件，類似于 select() 調(diào)用贝椿，輪訓(xùn)事件表想括，看是否有事件發(fā)生。
epfd: epoll 專用的文件描述符烙博，epoll_create()的返回值
events:epoll 將會(huì)把發(fā)生的事件添加到events 數(shù)組中瑟蜈，events 不可以是空指針，內(nèi)核只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè) events 數(shù)組中渣窜，不會(huì)去幫助我們?cè)谟脩魬B(tài)中分配內(nèi)存铺根。
maxevents: maxevents 告之內(nèi)核這個(gè) events 有多大。
timeout: 超時(shí)時(shí)間乔宿，為 -1 時(shí)位迂，函數(shù)為阻塞，知道有事件發(fā)生予颤。
返回就緒的文件描述符個(gè)數(shù)囤官。
epoll 對(duì)文件描述符的操作有兩種模式：LT（level trigger：水平觸發(fā)模式，default）和 ET（edge trigger：邊沿觸發(fā)模式）蛤虐。
LT模式：當(dāng) epoll_wait 檢測(cè)到描述符事件發(fā)生并將此事件通知應(yīng)用程序后党饮，應(yīng)用程序可以不處理該事件，下次調(diào)用 epoll_wait 時(shí)驳庭，會(huì)再次向應(yīng)用程序通知此事件刑顺，直到事件被處理，可能會(huì)重復(fù)處理事件饲常。
ET 模式：當(dāng) epoll_wait 檢測(cè)到描述符事件發(fā)生并將此事件通知應(yīng)用程序后蹲堂，應(yīng)用程序必須立即處理該事件，如果不處理贝淤，下次調(diào)用 epoll_wait 時(shí)柒竞，不會(huì)再次向應(yīng)用程序通知此事件，可能會(huì)丟失事件處理播聪。
在 select/poll中朽基，內(nèi)核對(duì)所有監(jiān)視的文件描述符進(jìn)行掃描，返回就緒的個(gè)數(shù)离陶；而 epoll() 事先通過 epoll_ctl() 來注冊(cè)一個(gè)文件描述符及感興趣的事件稼虎，一旦某個(gè)文件描述符上感興趣的事件發(fā)生后，內(nèi)核會(huì)采用類似 callback 的回調(diào)機(jī)制招刨，將發(fā)生的事件填入epoll_wait()的結(jié)構(gòu)中霎俩，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用 epoll_wait() 時(shí)便得到就緒的個(gè)數(shù)。
優(yōu)點(diǎn)：
1.監(jiān)視的描述符數(shù)量不受限制。
2.效率不會(huì)隨著監(jiān)視 fd 的數(shù)量的增長而下降打却。select()杉适，poll() 需要自己不斷輪詢所有 fd 集合來發(fā)現(xiàn)就緒設(shè)備，當(dāng)fd集合很大時(shí)学密，開銷很大淘衙。而epoll是通過事件回調(diào)機(jī)制發(fā)現(xiàn)就緒的設(shè)備，當(dāng)設(shè)備就緒后腻暮，回進(jìn)行回調(diào)彤守，不需要輪訓(xùn)。
3.select()哭靖，poll() 每次調(diào)用都要把 fd 集合從用戶態(tài)往內(nèi)核態(tài)拷貝一次具垫，而epoll通過內(nèi)核與用戶空間共享一塊內(nèi)存，避免了無畏的內(nèi)存拷貝（mmap機(jī)制）试幽。