1. 函數(shù)說明

1.1 select

/* According to POSIX.1-2001 */
#include <sys/select.h>
/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, 
           fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

void FD_ZERO(fd_set *set);          //清空集合
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);   //將一個給定的文件描述符從集合中刪除
void FD_SET(int fd, fd_set *set);   //將一個給定的文件描述符加入集合之中
int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set); //檢查集合中指定的文件描述符是否可以讀寫 

struct timeval {
   long    tv_sec;         /* seconds 秒*/
   long    tv_usec;        /* microseconds 微妙*/
};

該函數(shù)準(zhǔn)許進(jìn)程指示內(nèi)核等待多個事件中的任何一個發(fā)生，并在有一個或多個事件發(fā)生或經(jīng)歷一段指定的時間后才被喚醒。

• 第一個參數(shù) nfds 指定待測試的描述符個數(shù)，其值為最大的文件描述符加1，描述符0、1、2...nfds-1均將被測試（因為文件描述符是從0開始的）。
• 中間的三個參數(shù) readset、writeset、exceptset 指定我們要讓內(nèi)核測試讀、寫、異常條件的描述符。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設(shè)為 NULL。struct fd_set 可以理解為一個集合（實際上是一long類型的數(shù)組），這個集合中存放的是文件描述符，可通過上面那四個函數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
• timeout 告知內(nèi)核等待所指定描述符中的任何一個就緒最多等待時長。沒有等到就緒就會超時。該參數(shù)控制三種可能：
  ① 傳 NULL 時，一直阻塞直到有感興趣的描述符上有IO事件就緒。
  ② timeval結(jié)構(gòu)中指定的秒數(shù)和微秒數(shù)都是0，檢查描述符后立即返回，不阻塞。
  ③ timeval結(jié)構(gòu)中指定的秒數(shù)和微秒數(shù)指定了時長，在指定時長超時之前有 IO事件就緒返回，或者超時返回。

1.2 poll

#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

struct pollfd {
    int   fd;         /* file descriptor 文件描述符 */
    short events;     /* requested events 等待的事件 */
    short revents;    /* returned events 實際發(fā)生了的事件 */
};

每一個 struct pollfd 結(jié)構(gòu)體指定了一個被監(jiān)視的文件描述符，可以傳遞多個結(jié)構(gòu)體，讓 poll() 監(jiān)視多個文件描述符。每個結(jié)構(gòu)體的 events 域是監(jiān)視該文件描述符的事件掩碼，由用戶來設(shè)置這個域。revents 域是文件描述符的操作結(jié)果事件掩碼，內(nèi)核在調(diào)用返回時設(shè)置這個域。events 域中請求的任何事件都可能在 revents 域中返回。

合法的事件如下：

POLLIN | POLLPRI 等價于 select() 的讀事件
POLLOUT 等價于 select() 的寫事件

① timeout 參數(shù)指定等待的毫秒數(shù)，在超時之前有 IO 事件就緒或者超時，poll 都會返回
② timeout 為負(fù)數(shù)值，表示一直阻塞直到一個指定事件發(fā)生，poll 才返回。
③ timeout 為0，poll 調(diào)用立即返回并列出準(zhǔn)備好I/O的文件描述符，但并不等待其它的事件。

返回值和錯誤代碼
成功時：poll() 返回結(jié)構(gòu)體中 revents 域不為0的文件描述符個數(shù)。
超時后：如果在超時前沒有任何事件發(fā)生，poll()返回0。
失敗時：poll() 返回-1，并設(shè)置errno為下列值之一

EFAULT 　　 指針指向的地址超出進(jìn)程的地址空間。
EINTR　　　 請求的事件之前產(chǎn)生一個信號，調(diào)用可以重新發(fā)起。
EINVAL 　　 參數(shù)超出 PLIMIT_NOFILE 值。
ENOMEM 　 可用內(nèi)存不足，無法完成請求。

1.3 epoll

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

typedef union epoll_data {
   void        *ptr;
   int          fd;
   __uint32_t   u32;
   __uint64_t   u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
   __uint32_t   events;      /* Epoll events */
   epoll_data_t data;        /* User data variable */
};

（1）創(chuàng)建 epoll 實例
現(xiàn)在一般使用 epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC)，原因：

• 在linux 內(nèi)核版本大于2.6.8 后，epoll_create(int size) 這個 size 參數(shù)就被棄用了，但是傳入的值必須大于0。最初實現(xiàn)版本時， size參數(shù)的作用告訴內(nèi)核需要使用多少個文件描述符。內(nèi)核會使用 size 的大小去申請對應(yīng)的內(nèi)存。現(xiàn)在這個size參數(shù)不再使用了，內(nèi)核會動態(tài)的申請需要的內(nèi)存。
• 使用 epoll_create1() 的優(yōu)點是它允許你指定標(biāo)志，指定 EPOLL_CLOEXEC 標(biāo)記在執(zhí)行另一個進(jìn)程時文件描述符會自動關(guān)閉。

（2）epoll 的事件注冊
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
先注冊要監(jiān)聽的事件類型。
第一個參數(shù)是 epoll_create1 的返回值
第二個參數(shù)表示動作，用三個宏來表示：

EPOLL_CTL_ADD：注冊新的 fd 到 epfd 中
EPOLL_CTL_MOD：修改已經(jīng)注冊的 fd 的監(jiān)聽事件
EPOLL_CTL_DEL ：從 epfd 中刪除一個 fd

第三個參數(shù)是需要監(jiān)聽的 fd
第四個參數(shù)是告訴內(nèi)核需要監(jiān)聽什么事，struct epoll_event 結(jié)構(gòu)見上面代碼
events 可以是以下幾個宏的集合：

LT (Level Triggered) 水平觸發(fā)：默認(rèn)的模式。內(nèi)核告訴你一個文件描述符是否就緒了，然后你可以對這個就緒的 fd 進(jìn)行 IO 操作。如果你不作任何操作，內(nèi)核還是會繼續(xù)通知你。

ET (Edge Triggered) 邊緣觸發(fā)：“高速”模式。內(nèi)核只會提示一次，直到下次再有數(shù)據(jù)流入之前都不會再提示了，無論 fd 中是否還有數(shù)據(jù)可讀。在ET模式下，read一個fd的時候一定要把數(shù)據(jù)讀完。

（3）等待事件的產(chǎn)生
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產(chǎn)生，類似于 select() 調(diào)用。
參數(shù) events 用來從內(nèi)核得到事件的集合
參數(shù) maxevents 告之內(nèi)核這個 events 有多大
參數(shù) timeout 是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1一直阻塞直到有IO事件就緒）
該函數(shù)返回需要處理的事件數(shù)目，如返回0表示已超時。

2. 三者之間的關(guān)聯(lián)和區(qū)別

關(guān)聯(lián)

select，poll，epoll 都是 I/O 多路復(fù)用的機制。I/O多路復(fù)用就通過一種機制，可以監(jiān)視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程序進(jìn)行相應(yīng)的讀寫操作。
select，poll，epoll 本質(zhì)上都是同步 I/O，因為他們都需要在讀寫事件就緒后自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的。而異步 I/O 則無需自己負(fù)責(zé)進(jìn)行讀寫，異步 I/O 的實現(xiàn)會負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶空間。

區(qū)別

關(guān)于最大連接數(shù)先理清楚2個概念：
⑴ 一個進(jìn)程能打開的最大文件描述符，使用 ulimit -n 或者 cat /proc/進(jìn)程號/limits |grep "Max open file"
? 使用 ulimit -n xxx 修改（只針對當(dāng)前session有效），
? 通過 setrlimit 系統(tǒng)調(diào)用修改（只對當(dāng)前進(jìn)程有效），
? 修改 /etc/security/limits.conf 在該文件中添加以下兩行：

    *      soft    nofile     100000
    *      hard    nofile     100000

這個值是可以修改的，但是最大不要超過系統(tǒng)所能打開的最大數(shù)，超過了也沒有什么意義。

⑵ 一個系統(tǒng)所能打開的最大數(shù)也是有限的，跟內(nèi)存大小有關(guān)，可以通過cat /proc/sys/fs/file-max 查看。

• 注意：對于服務(wù)器程序來說并不是“理論”最大只能打開65535個 socket 連接。65535 只是linux系統(tǒng)的最大可用socket端口，比如在一臺服務(wù)器（這里指主機而非服務(wù)程序）上“理論”上最多只能發(fā)起65535個客戶端連接（實際要小于）這是對的，因為每發(fā)起一個連接都需要一個端口。服務(wù)器程序只需監(jiān)聽幾個端口就夠了，它的上限是系統(tǒng)所能打開的最大文件描述符的數(shù)量。不要搞混了這兩個概念。

> 支持一個進(jìn)程所能打開的最大連接數(shù)

• select 最大連接數(shù)有一定限制的，由 FD_SETSIZE 值決定的，默認(rèn)值是2048。可以對進(jìn)行修改，需要重新編譯內(nèi)核，但是性能可能會受到影響。
• poll 最大連接數(shù)上限是系統(tǒng)能最大可以打開文件的數(shù)目，一般來說這個數(shù)目受限于系統(tǒng)內(nèi)存，1GB內(nèi)存的機器上大約是10萬左右，具體數(shù)目可以 cat /proc/sys/fs/file-max。
• epoll 與 poll 一樣，最大連接數(shù)上限是系統(tǒng)能最大可以打開文件的數(shù)目。

> 連接數(shù)劇增后帶來的 IO 效率問題

• select 每次調(diào)用都對所有的連接進(jìn)行線性遍歷，所以隨著連接數(shù)的增加會造成遍歷速度的線性下降的性能問題。
• poll 與 select 有相同的問題
• epoll 是事件驅(qū)動的，內(nèi)核中的實現(xiàn)是根據(jù)每個連接 fd 上的 callback 函數(shù)來實現(xiàn)的，只有活躍的 socket 才會主動調(diào)用 callback，所以在活躍 socket 較少的情況下，使用 epoll 沒有前面兩者的線性下降的性能問題，但是所有 socket 都很活躍的情況下，可能也會有性能問題。

epoll 如何實現(xiàn)只處理活躍連接
epoll實現(xiàn)了eventpoll數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中rdlist將活躍連接存儲在鏈表中，當(dāng)網(wǎng)卡發(fā)送報文時，增加節(jié)點，當(dāng)讀取一個事件后，鏈表刪除節(jié)點，需要得到活躍連接就只需要遍歷鏈表
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中rdr使用紅黑樹（自平衡二叉樹）將事件存儲，例如：當(dāng)有讀事件時，就新增節(jié)點，事件復(fù)雜度為logN

一般來說編寫高并發(fā)服務(wù)器程序都會首先 epoll 因為這種環(huán)境下其性能最好，但是在連接數(shù)少并且連接都十分活躍的情況下，select 和 poll 的性能可能比 epoll 好，畢竟 epoll 的通知機制需要很多函數(shù)回調(diào)。