本篇介绍Linux三种IO复用接口，主要对比其特性，非接口使用和原理解析。

1. 对比

接口	优点和使用场景	缺点	底层实现/原因
select	1. 可移植性比epoll好 2.适用于并发场景较少或初学者使用	1. fd限制。监测的文件描述符有上限（1024），可以用FD_SETSIZE改变，但会增加开销 2. 需要频繁在用户态和内核态之间复制fd集合，fd多时效率低 3.每次调用都要遍历整个文件描述符合集	底层用fd数组，每次调用都需要将数组从用户态拷贝到内核态
poll	1. 无fd数量限制	1. 内核检查时仍需遍历，并发高时效率低 2. 频繁增删fd时，效率可能不如select	原理与select类似，用链表代替数组
epoll	1. 无fd数量限制 2. 仅在fd状态变化时通知应用，减少不必要的检查（O(1)) 3. epoll_ctl注册fd后，不需要在每次调用时复制fd集合，内存拷贝开销小 4. 支持水平触发（LT)和边缘触发（ET） 适用于：需要同时处理大量并发连接的场景，如负载均衡器、代理服务器等	缺点说的人很少，缺陷有一篇文章参考Epoll的缺陷	底层使用红黑树+双向链表

2. select/poll 运行流程

这篇文章IO多路复用里的动图做的很好（现在它是我的了，hh）

3. Epoll优越性的原理(参考xiaolincoding)

select/poll 的问题主要是用线性结构去保存fd合集，因此内核检查时都需要遍历，复杂度为O(n)，n较大时，效率下降明显。

epoll通过下面两点解决这个问题

1. 使用红黑树保存进程所有待检测的fd。红黑树增删查的复杂度都是O(logn)，所以每次操作时只需要传入待检测的socket，减少数据拷贝。
2. 使用事件驱动机制，内核里使用一个链表来记录就绪事件。当事件发生时，通过回调将其加入该链表，当用户调用 epoll_wait() 函数时，只会返回有事件发生的fd的个数，无需轮询整个fd合集，极大提高效率。
   

4. 边缘触发（edge-triggered，ET）和水平触发（level-triggered，LT）

水平触发LT- 只要fd就绪（可读或可写），如果可读，epoll_wait会持续醒来，直到所有数据被读完；（如果socket可写，应用程序写完后应移除EPOLLOUT事件，否则epoll_wait仍会触发）
边缘触发ET- 当发生可读事件时，epoll_wait只苏醒一次，即使应用程序没用从内核读出或者读完数据，后续也不会苏醒，所以要尽量一次读完缓冲区数据。

select, poll 只有LT模式，epoll默认也是水平触发LT，可以切换成ET。

注意点：

• 使用LT模式，没必要一次读完，后续还会收到通知
• 使用ET模式，应尽量配合非阻塞IO。因为ET模式下，事件发生后应用会尽量读写数据，如果fd是阻塞的，当读完时，进程会阻塞住。如果fd是非阻塞的，读写完后read和write返回错误EAGIN/EWOULDBLOCK.

5. 示例：用IO多路复用实现监测多个异步连接

#include <vector>
#include <sys/poll.h>

// ...

std::vector<int> clientfds; // 存储多个客户端套接字

// 循环创建多个非阻塞套接字并尝试连接
for (int i = 0; i < num_connections; ++i) {
    
    int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (clientfd == -1) {
    
        // 错误处理...
        continue;
    }

    // 设置套接字为非阻塞模式
    // ...

    // 尝试连接服务器
    struct sockaddr_in serveraddr;
    // 初始化 serveraddr
    // ...

    if (connect(clientfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1) {
    
        if (errno == EINPROGRESS) {
    
            // 连接正在进行，添加到监测列表
            clientfds.push_back(clientfd);
        } else {
    
            // 真正的错误，关闭套接字
            close(clientfd);
            // 错误处理...
        }
    }
}

// 为所有非阻塞连接设置pollfd数组
std::vector<pollfd> pollfds;
for (int fd : clientfds) {
    
    pollfd event;
    event.fd = fd;
    event.events = POLLOUT;
    pollfds.push_back(event);
}

// 设置超时时间
int timeout = 3000;

// 使用poll监测所有连接
int ret = poll(pollfds.data(), pollfds.size(), timeout);

if (ret > 0) {
    
    for (size_t i = 0; i < pollfds.size(); ++i) {
    
        if (pollfds[i].revents & POLLOUT) {
    
            // 检查连接状态
            int err;
            socklen_t len = sizeof(err);
            if (getsockopt(pollfds[i].fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len) == 0 && !err) {
    
                std::cout << "Connection " << pollfds[i].fd << " established successfully." << std::endl;
            } else {
    
                std::cout << "Connection " << pollfds[i].fd << " failed." << std::endl;
            }
            close(pollfds[i].fd); // 关闭套接字
        } else if (pollfds[i].revents & (POLLERR | POLLHUP | POLLNVAL)) {
    
            // 发生错误，处理错误
            std::cout << "Connection " << pollfds[i].fd << " error occurred." << std::endl;
            close(pollfds[i].fd); // 关闭套接字
        }
    }
} else if (ret == 0) {
    
    // 超时
    std::cout << "Connection attempt timed out." << std::endl;
} else {
    
    // poll出错
    std::cout << "poll failed." << std::endl;
}

// ...

遗留问题

所有人都说poll和select几乎一样。poll的fd合集是链表，它存在于用户空间，调用时究竟是复制了整个fd合集，还是只传递了指针给内核，内核检查的时候不是直接遍历的用户空间的fd合集吗？

参考文档

【1】https://blog.csdn.net/qq_34827674/article/details/115619261
【2】https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/124699602?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522171405243016800213061387%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334…%2522%257D&request_id=171405243016800213061387&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2_alltop_positive~default-1-124699602-null-null.142^v100pc_search_result_base4&utm_term=IO%E5%A4%9A%E8%B7%AF%E5%A4%8D%E7%94%A8&spm=1018.2226.3001.4187