poll、select和epoll的區別

poll、select和epoll的區別
select原理概述
調用select時，會發生以下事情：
1. 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，對全部指定設備做一次poll（這裏的poll是一個文件操作，它有兩個參數，一個是文件fd本身，一個是當設備尚未就緒時調用的回調函數__pollwait，這個函數把設備自己特有的等待隊列傳給內核，讓內核把當前的進程掛載到其中）；
4. 當設備就緒時，設備就會喚醒在自己特有等待隊列中的【所有】節點，於是當前進程就獲取到了完成的信號。poll文件操作返回的是一組標準的掩碼，其中的各個位指示當前的不同的就緒狀態（全0爲沒有任何事件觸發），根據mask可對fd_set賦值；
5. 如果所有設備返回的掩碼都沒有顯示任何的事件觸發，就去掉回調函數的函數指針，進入有限時的睡眠狀態，再恢復和不斷做poll，再作有限時的睡眠，直到其中一個設備有事件觸發爲止。
6. 只要有事件觸發，系統調用返回，將fd_set從內核空間拷貝到用戶空間，回到用戶態，用戶就可以對相關的fd作進一步的讀或者寫操作了。
epoll原理概述
調用epoll_create時，做了以下事情：
1. 內核幫我們在epoll文件系統裏建了個file結點；
2. 在內核cache裏建了個紅黑樹用於存儲以後epoll_ctl傳來的socket；
3. 建立一個list鏈表，用於存儲準備就緒的事件。
調用epoll_ctl時，做了以下事情：
1. 把socket放到epoll文件系統裏file對象對應的紅黑樹上；
2. 給內核中斷處理程序註冊一個回調函數，告訴內核，如果這個句柄的中斷到了，就把它放到準備就緒list鏈表裏。
調用epoll_wait時，做了以下事情：
觀察list鏈表裏有沒有數據。有數據就返回，沒有數據就sleep，等到timeout時間到後即使鏈表沒數據也返回。而且，通常情況下即使我們要監控百萬計的句柄，大多一次也只返回很少量的準備就緒句柄而已，所以，epoll_wait僅需要從內核態copy少量的句柄到用戶態而已。
總結如下：
一顆紅黑樹，一張準備就緒句柄鏈表，少量的內核cache，解決了大併發下的socket處理問題。
執行epoll_create時，創建了紅黑樹和就緒鏈表；
執行epoll_ctl時，如果增加socket句柄，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則添加到樹幹上，然後向內核註冊回調函數，用於當中斷事件來臨時向準備就緒鏈表中插入數據;
執行epoll_wait時立刻返回準備就緒鏈表裏的數據即可。
兩種模式的區別：
LT模式下，只要一個句柄上的事件一次沒有處理完，會在以後調用epoll_wait時重複返回這個句柄，而ET模式僅在第一次返回。
兩種模式的實現：
當一個socket句柄上有事件時，內核會把該句柄插入上面所說的準備就緒list鏈表，這時我們調用epoll_wait，會把準備就緒的socket拷貝到用戶態內存，然後清空準備就緒list鏈表，最後，epoll_wait檢查這些socket，如果是LT模式，並且這些socket上確實有未處理的事件時，又把該句柄放回到剛剛清空的準備就緒鏈表。所以，LT模式的句柄，只要它上面還有事件，epoll_wait每次都會返回。
對比
select缺點:
1. 最大併發數限制：使用32個整數的32位，即32*32=1024來標識fd，雖然可修改，但是有以下第二點的瓶頸；
2. 效率低：每次都會線性掃描整個fd_set，集合越大速度越慢；
3. 內核/用戶空間內存拷貝問題。
epoll的提升：
1. 本身沒有最大併發連接的限制，僅受系統中進程能打開的最大文件數目限制；
2. 效率提升：只有活躍的socket纔會主動的去調用callback函數；
3. 省去不必要的內存拷貝：epoll通過內核與用戶空間mmap同一塊內存實現。
當然，以上的優缺點僅僅是特定場景下的情況：高併發，且任一時間只有少數socket是活躍的。
如果在併發量低，socket都比較活躍的情況下，select就不見得比epoll慢了（就像我們常常說快排比插入排序快，但是在特定情況下這並不成立）。