IO复用的三种方法（select,poll,epoll）深入理解，包括三者区别，内部原理实现？

（一）IO复用是Linux中的IO模型之一，IO复用就是进程告诉内核需要监视的IO条件，使得内核一旦发现进程指定的一个或多个IO条件就绪，就通过进程处理，从而不会在单个IO上阻塞了，Linux中，提供了select、poll、epoll三种接口来实现IO复用
（二）select：
缺点：

1 单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，通常是1024。由于select采用轮询的方式扫描文件描述符，文件描述符数量越多，性能越差；
2 内核/用户空间内存拷贝，select需要大量的句柄数据结构，产生巨大开销；
3 select返回的是含有整个句柄的数组，应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生事件；
4 select的触发方式为水平触发，应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作，那么下次select调用还会将这些文件描述符通知进程；
（三）poll：

使用链表保存文件描述符，没有了文件描述符的限制，但其他的三个缺点依然存在
（四）epoll：
上面所说的select缺点都不存在，epoll使用了一个文件描述符管理了多个文件描述符。拿select模型为例，假设我们服务器需要支持100万个并发链接，则在_FD_SETSIZE为1024的情况下，则我们至少需要开辟1K个进程才能实现100万的并发连接，除了进程上下文切换的时间消耗，从内核到用户空间的拷贝，数据轮询，是系统难以承受的，因此，基于select模型的服务器程序，要达到10万级别的并发访问，是一个很难完成的任务。

epoll的设计与select完全不同，epoll通过在Linux内核申请一个简易的文件系统（文件一般使用什么数据结构实现？B+树），把原先的select/epoll调用分为3个部分：

1 调用epoll_create()建立了一个epoll对象（在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源）
2 调用epoll_ctl()向epoll对象添加这100万个连接的套接字（ip地址+端口号）
3 调用epoll_wait()收集发生事件的连接

一、阻塞现象
什么是阻塞现象？
​ 当一个数据流中再也没有数据，read的时候，或者，我们的流中写满了数据在去write的时候，即无数据可读和无空间可写的尴尬现象，称为阻塞现象。

阻塞等待，非阻塞忙轮询

比如这个例子，送快递与收快递的例子

阻塞等待相当于快递员在送快递的过程中，客户可以空出大脑睡大觉（不占用CPU的宝贵时间片）
非阻塞忙轮询：指的是快递员在送快递的过程中客户每分钟催一次，占用了快递员的时间（占用了CPU，系统资源）

二、 阻塞死等待的缺点

​ 如果快递同一时刻到达，但是同一时刻只能签收并验货一份快递，因此在签收的时候，便借不到其他快递员的电话（多线程或者多进程）

三、解决阻塞死等待的方法

1、非阻塞、忙轮询

2. 方法2：select与poll

 select 代收员 比较懒，她只会告诉你快递到了，但是是谁到的，你需要挨个快递员问一遍。每次调用select前都要重新初始化描述符集，将fd从用户态拷贝到内核态，每次调用select后，都需要将fd从内核态拷贝到用户态；poll基本上也相同，只不过poll没有最大文件描述符限制，poll解决了select重复初始化的问题。但仍旧是轮寻排查
方法3：epoll

什么是epoll

  • 是IO多路转接技术
  • 只需关心活跃的连接，无需遍历全部的描述符集合
  • 能够处理大量的连接请求（系统可以打开的文件数目）