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elect，poll，epoll都是IO多路複用的機制。所謂I/O多路複用機制，就是說通過一種機制，可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒（一般是讀就緒或者寫就緒），能夠通知程序進行相應的讀寫操作。但select，poll，epoll本質上都是同步I/O，因爲他們都需要在讀寫事件就緒後自己負責進行讀寫，也就是說這個讀寫過程是阻塞的，而異步I/O則無需自己負責進行讀寫，異步I/O的實現會負責把數據從內核拷貝到用戶空間。關於阻塞，非阻塞，同步，異步將在下一篇文章詳細說明。
select和poll的實現比較相似，目前也有很多爲人詬病的缺點，epoll可以說是select和poll的增強版。
一、select實現
1、使用copy_from_user從用戶空間拷貝fd_set到內核空間
2、註冊回調函數__pollwait
3、遍歷所有fd，調用其對應的poll方法（對於socket，這個poll方法是sock_poll，sock_poll根據情況會調用到tcp_poll,udp_poll或者datagram_poll）
4、以tcp_poll爲例，其核心實現就是__pollwait，也就是上面註冊的回調函數。
5、__pollwait的主要工作就是把current（當前進程）掛到設備的等待隊列中，不同的設備有不同的等待隊列，對於tcp_poll來說，其等待隊列是sk->sk_sleep（注意把進程掛到等待隊列中並不代表進程已經睡眠了）。在設備收到一條消息（網絡設備）或填寫完文件數據（磁盤設備）後，會喚醒設備等待隊列上睡眠的進程，這時current便被喚醒了。
6、poll方法返回時會返回一個描述讀寫操作是否就緒的mask掩碼，根據這個mask掩碼給fd_set賦值。
7、如果遍歷完所有的fd，還沒有返回一個可讀寫的mask掩碼，則會調用schedule_timeout是調用select的進程（也就是current）進入睡眠。當設備驅動發生自身資源可讀寫後，會喚醒其等待隊列上睡眠的進程。如果超過一定的超時時間（schedule_timeout指定），還是沒人喚醒，則調用select的進程會重新被喚醒獲得CPU，進而重新遍歷fd，判斷有沒有就緒的fd。
8、把fd_set從內核空間拷貝到用戶空間。
總結：
select的幾大缺點：
（1）每次調用select，都需要把fd集合從用戶態拷貝到內核態，這個開銷在fd很多時會很大
（2）同時每次調用select都需要在內核遍歷傳遞進來的所有fd，這個開銷在fd很多時也很大
（3）select支持的文件描述符數量太小了，默認是1024
二、poll實現
poll的實現和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll使用pollfd結構而不是select的fd_set結構。其他的都差不多。
三、epoll實現
epoll既然是對select和poll的改進，就應該能避免上述的三個缺點。那epoll都是怎麼解決的呢？在此之前，我們先看一下epoll和select和poll的調用接口上的不同，select和poll都只提供了一個函數——select或者poll函數。而epoll提供了三個函數，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait，epoll_create是創建一個epoll句柄；epoll_ctl是註冊要監聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產生。
對於第一個缺點，epoll的解決方案在epoll_ctl函數中。每次註冊新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），會把所有的fd拷貝進內核，而不是在epoll_wait的時候重複拷貝。epoll保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。
對於第二個缺點，epoll的解決方案不像select或poll一樣每次都把current輪流加入fd對應的設備等待隊列中，而只在epoll_ctl時把current掛一遍（這一遍必不可少）併爲每個fd指定一個回調函數，當設備就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調用這個回調函數，而這個回調函數會把就緒的fd加入一個就緒鏈表）。epoll_wait的工作實際上就是在這個就緒鏈表中查看有沒有就緒的fd（利用schedule_timeout()實現睡一會，判斷一會的效果，和select實現中的第7步是類似的）。
說明一下這個回調機制的原理，其實很簡單，看一下select和epoll在把current加入fd對應的設備等待隊列時使用的代碼：
select:
- static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
- poll_table *p)
- {
- struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);
- if (!entry)
- return;
- get_file(filp);
- entry->filp = filp;
- entry->wait_address = wait_address;
- init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);
- add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
- }
其中init_waitqueue_entry實現如下：
- static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p)
- {
- q->flags = 0;
- q->private = p;
- q->func = default_wake_function;
- }
上面的代碼是說建立一個poll_table_entry結構entry，首先把current設置爲entry->wait的private成員，同時把default_wake_function設爲entry->wait的func成員，然後把entry->wait鏈入到wait_address中（這個wait_address就是設備的等待隊列，在tcp_poll中就是sk_sleep）。
再看一下epoll：
- /*
- * This is the callback that is used to add our wait queue to the
- * target file wakeup lists.
- */
- static void ep_ptable_queue_proc(struct file *file, wait_queue_head_t *whead,
- poll_table *pt)
- {
- struct epitem *epi = ep_item_from_epqueue(pt);
- struct eppoll_entry *pwq;
- if (epi->nwait >= 0 && (pwq = kmem_cache_alloc(pwq_cache, GFP_KERNEL))) {
- init_waitqueue_func_entry(&pwq->wait, ep_poll_callback);
- pwq->whead = whead;
- pwq->base = epi;
- add_wait_queue(whead, &pwq->wait);
- list_add_tail(&pwq->llink, &epi->pwqlist);
- epi->nwait++;
- } else {
- /* We have to signal that an error occurred */
- epi->nwait = -1;
- }
- }
其中init_waitqueue_func_entry的實現如下：
- static inline void init_waitqueue_func_entry(wait_queue_t *q,
- wait_queue_func_t func)
- {
- q->flags = 0;
- q->private = NULL;
- q->func = func;
- }
可以看到，總體和select的實現是類似的，只不過它是創建了一個eppoll_entry結構pwq，只不過pwq->wait的func成員被設置成了回調函數ep_poll_callback（而不是default_wake_function，所以這裏並不會有喚醒操作，而只是執行回調函數），private成員被設置成了NULL。最後吧pwq->wait鏈入到whead中（也就是設備等待隊列中）。這樣，當設備等待隊列中的進程被喚醒時，就會調用ep_poll_callback了。
再梳理一下，當epoll_wait時，它會判斷就緒鏈表中有沒有就緒的fd，如果沒有，則把current進程加入一個等待隊列(file->private_data->wq)中，並在一個while（1）循環中判斷就緒隊列是否爲空，並結合schedule_timeout實現睡一會，判斷一會的效果。如果current進程在睡眠中，設備就緒了，就會調用回調函數。在回調函數中，會把就緒的fd放入就緒鏈表，並喚醒等待隊列(file->private_data->wq)中的current進程，這樣epoll_wait又能繼續執行下去了。
對於第三個缺點，epoll沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目，這個數字一般遠大於2048,舉個例子,在1GB內存的機器上大約是10萬左右，具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數目和系統內存關係很大。
總結：
1、select，poll實現需要自己不斷輪詢所有fd集合，直到設備就緒，期間可能要睡眠和喚醒多次交替。而epoll其實也需要調用epoll_wait不斷輪詢就緒鏈表，期間也可能多次睡眠和喚醒交替，但是它是設備就緒時，調用回調函數，把就緒fd放入就緒鏈表中，並喚醒在epoll_wait中進入睡眠的進程。雖然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的時候要遍歷整個fd集合，而epoll在“醒着”的時候只要判斷一下就緒鏈表是否爲空就行了，這節省了大量的CPU時間。這就是回調機制帶來的性能提升。
2、select，poll每次調用都要把fd集合從用戶態往內核態拷貝一次，並且要把current往設備等待隊列中掛一次，而epoll只要一次拷貝，而且把current往等待隊列上掛也只掛一次（在epoll_wait的開始，注意這裏的等待隊列並不是設備等待隊列，只是一個epoll內部定義的等待隊列）。這也能節省不少的開銷。