一文详解I/O多路复用中select/poll/epoll
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发布时间：2025-01-01 23:18
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多路复用概念在NIO中被提及，它允许单个线程或进程同时处理多个网络I/O连接，是时分复用的一种形式。网络IO通信通常基于socket编程，每个socket相当于一个通信的“插槽”，客户端和服务端通过它进行数据的读取和发送。创建socket后，使用connect()方法连接服务器，需要指定服务器地址和端口，之后双方就能进行通信。
管理多个socket连接的本质是管理多个文件描述符，这些描述符在内核中以文件的形式存在。每个创建的socket关联一个文件描述符，通过此描述符内核可以找到对应的socket连接，进行读写操作。对于socket操作来说，实际上就是在读写文件，符合Linux中“一切皆文件”的理念。
多路复用技术在操作系统内核中提供了select、poll和epoll三种方式，它们分别用于监控多个socket事件的发生。select方式首先在内核态中将收集的文件描述符集合交给内核，内核监控socket事件，用户态中根据内核返回的就绪文件描述符进行相应的操作。select使用固定长度的bitmap来表示文件描述符集合，最大支持的文件描述符数量受限于系统配置。
select通过两轮遍历文件描述符集合，内核态和用户态各一次，并在两者之间进行两次数据拷贝。它的性能优势在于将文件集合处理交给内核，避免用户态的频繁切换。然而，select的文件描述符数量有限，性能优化空间有限。
poll方式改进了select对文件描述符数量的，使用链表组织文件描述符集合，突破了select的，但仍需在用户态与内核态间进行数据拷贝，随着并发数的增加，性能损耗显著。
epoll方式解决了select和poll的效率问题，通过在内核中使用红黑树存储进程的待检测文件描述符，减少内核和用户空间的数据拷贝。epoll采用事件驱动机制，维护就绪事件列表，用户调用epoll_wait时仅返回有事件发生的文件描述符，避免了遍历整个socket集合，大大提高了效率。epoll支持边缘触发（ET）和水平触发（LT）两种触发模式，用户可根据需求选择。
综上，select、poll和epoll在多路复用技术中各有特点和适用场景，选择合适的多路复用方式取决于具体的应用需求。理解这些原理和差异有助于在实际开发中提高网络编程的效率。感谢阅读，若有帮助，请给予反馈。
