IO多路复用

socket场景

对于客户端和服务器在网络中的通信，必须使用Socket编程，从而实现跨主机间通信。

为了服务更多用户，服务器可以为每个请求分配一个进程或者线程来实现处理请求。但是这两种方式都不适合。因为高并发情况下，将有成千上万的TCP连接到来，每个连接要维护一个进程或者线程，操作系统肯定是扛不住的。

为了解决这个问题，需要使用到I/O多路复用技术。

一个进程任一时刻只能处理一个请求，但是处理每个请求的事件时，耗时控制在1毫秒内，这样1秒就可以处理上千个请求。这看起来，相当于多个请求复用了一个进程，这就是多路复用。这种思想有点像一个CPU并发多个进程，所以也叫时分多路复用。

select/poll/epoll是内核提供给用户态的多路复用系统的系统调用，进程可以通过一个系统调用函数从内核获取多个事件。

在获取事件时，先把所有连接（在操作系统中体现为一个文件操作符）传给内核，再由内核返回产生了事件的连接，然后在用户态处理这些连接的请求。

select

select实现多路复用的方式是，用户态下将已经连接的Socket都放在一个文件描述集合中，然后调用select函数将文件描述符集合拷贝到内核中，让内核来检查是否有网络事件产生。

操作系统内核检查的方式很粗暴，它通过遍历文件操作符集合的方式，当检查到有事件后，将此Socket标记为可读或可写，接着再将整个文件描述符集合拷贝回用户态。

用户态再通过遍历的方式找到可读或可写的Socket，然后再对其进行处理。

select的方式，需要两次遍历文件操作符集合，一次是在内核里，一次是在用户态；而且，还会发生两次拷贝文件描述符集合，先从用户态传入内核空间，由内核空间修改后，再传回用户空间。

更严重的是，select使用固定长度的bitmap来表示文件描述符集合，它所支持的文件描述符个数是有限制的。

poll

poll不再使用BitsMap来存储所关注的文件描述符，取而代之的是动态数组，以链表来组织。这种方式突破了select的文件描述符个数限制。

但是，poll和select并没有太大的本质区别，两者都是使用线性结构来存储进程关注的Socket集合，因此都需要遍历文件描述符集合来找到或者修改可读可写的Socket，而且也需要在用户态与内核态之间拷贝文件描述符集合。

epoll

epoll在内核里使用红黑树来跟踪进程所有待检测的文件描述字，把需要监控的socket加入内核中的红黑树里。通过红黑树的操作，不要像select和poll一样，每次操作都传入整个socket集合，只需要传入一个待检测的socket。

epoll使用事件驱动机制，内核里维护了一个链表来记录就绪事件，当某个socket有事件发生时，通过回调函数内核会将其加入到这个就绪事件列表中。当用户调用epoll_wait()函数时，只会返回有事件发生的文件描述符个数，不需要像select/poll一样轮询整个socket集合，大大提高了检测的效率。