I/O多路複用
I/O複用使得程序能同時監聽多個文件描述符，這對提高程序的性能至關重要。通常，網絡程序在下列情況下需要使用I/O複用技術：
（1）客戶端程序要同時處理多個socket。比如非阻塞connect技術。
（2）客戶端程序要同時處理用戶輸入和網絡連接。比如一個聊天室程序。
（3）TCP服務器要同時處理監聽socket和連接socket。這是I/O複用使用最多的場合。
（4）服務器要同時處理TCP請求和UDP請求。
（5）服務器要同時監聽多個端口，或者處理多種服務。
需要指出：
I/O複用雖然能同時監聽多個文件描述符，但它本身是阻塞的。並且當多個文件描述符同時就緒時，如果不採取額外的措施，程序就只能按順序依次處理其中的每一個文件描述符，這使得服務程序看起來像是串行工作的。如果要實現併發，只能使用進程或多線程等編程手段。
Linux下實現I/O複用的系統調用主要有select、poll、epoll。
1、select系統調用
select系統調用的用途是：在一段時間內，監聽用戶感興趣的文件描述符上的可讀、可寫和異常等事件。select系統調用的原型如下：
#include<sys\select.h>
int pollint select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
參數說明：
（1）、select的第一個參數nfds爲fdset集合中最大描述符值加1，fdset是一個位數組，其大小限制爲__FD_SETSIZE（1024），位數組的每一位代表其對應的描述符是否需要被檢查；
（2）、select的第二三四個參數表示需要關注讀、寫、異常事件的文件描述符位數組，這些參數既是輸入參數也是輸出參數，可能會被內核修改用於標示哪些描述符上發生了關注的事件。所以每次調用select前都需要重新初始化fdset。
（3）、timeout參數爲超時時間，該結構會被內核修改，其值爲超時剩餘的時間。
注：
select對應於內核中的sys_select調用，sys_select首先將第二三四個參數指向的fd_set拷貝到內核，然後對每個被SET的描述符調用進行poll，並記錄在臨時結果中（fdset），如果有事件發生，select會將臨時結果寫到用戶空間並返回；當輪詢一遍後沒有任何事件發生時，如果指定了超時時間，則select會睡眠到超時，睡眠結束後再進行一次輪詢，並將臨時結果寫到用戶空間，然後返回。
select返回後，需要逐一檢查關注的描述符是否被SET（事件是否發生）。
2、poll系統調用
poll系統調用和select類似，也是在指定的時間內輪詢一定數量的文件描述符，以測試其中是否有就緒者。
poll與select不同的是:
(1)、poll通過一個pollfd數組向內核傳遞需要關注的事件，故沒有描述符個數的限制，pollfd中的events字段和revents分別用於標示關注的事件和發生的事件，故pollfd數組只需要被初始化一次。
(2)、poll的實現機制與select類似，其對應內核中的sys_poll，只不過poll向內核傳遞pollfd數組，然後對pollfd中的每個描述符進行poll，相比處理fdset來說，poll效率更高。
(3)、poll返回後，需要對pollfd中的每個元素檢查其revents值，來判斷指定事件是否發生 。
poll的原型如下：
#include<poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
struct pollfd
{
int fd; /* file descriptor-用來指定文件描述符 */
short events; /* requested events-用來告訴poll監聽fd上的哪些事件，它是一系列事件的按位或 */
short revents; /* returned events—該成員由內核修改，以通知應用程序fd上實際發生了哪些事件*/
};
3、epoll系統調用
epoll是linux特有的I/O複用函數。它在實現和使用上與select、poll有很很大差異，差異如下：
a、epoll使用一組函數來完成任務，而不是單個函數;
b、epoll把用戶關心的文件描述符上的事件放在內核裏的一個事件表中，從而無須像select和poll那樣每次調用都要重複傳入文件描述符集或事件集。但epoll需要使用一個額外的文件描述符，來唯一標識內核中的這個事件表。這個文件描述符使用epoll_create函數來出創建。
c、epoll通過epoll_create創建一個用於epoll輪詢的描述符，通過epoll_ctl添加/修改/刪除事件，通過epoll_wait檢查事件，epoll_wait的第二個參數用於存放結果。
d、epoll與select、poll不同，首先，其不用每次調用都向內核拷貝事件描述信息，在第一次調用後，事件信息就會與對應的epoll描述符關聯起來。另外epoll不是通過輪詢，而是通過在等待的描述符上註冊回調函數，當事件發生時，回調函數負責把發生的事件存儲在就緒事件鏈表中，最後寫到用戶空間。
e、epoll返回後，該參數指向的緩衝區中即爲發生的事件，對緩衝區中每個元素進行處理即可，而不需要像poll、select那樣進行輪詢檢查。
系統調用：
#include <sys/epoll.h>
1、創建用戶關心的文件描述符：
int epoll_create(int size) //創建額外的文件描述符。size用來告訴內核事件表需要多大。返回的文件描述符將用作其他所有epoll系統調用的第一個參數，以指定要訪問的內核事件表。
2、內核事件表相關接口：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event) //fd參數是要操作的文件描述符，op參數則指定操作類型，操作類型有3種（EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_DEL），event參數指定事件，它是epoll_event結構指針類型。
3、epoll_wait函數
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout)
/*
epoll系列系統調用的主要接口，它在一段超時時間內等待一組文件描述符上的事件。該函數成功時返回就緒的文件描述符的個數，失敗時返回-1並設置errno;
epoll_wait函數如果檢測到事件，就將所有就緒的事件從內核事件表（由epfd參數指定）中複製到它的第二個參數events指向的數組中。這個數組只用於輸出
epoll_wait檢測到的就緒事件，而不像select和poll的數組參數那樣既用於傳入用戶註冊的事件，又用於輸出內核檢測到的就緒事件。這就極大地提高了應用程序索引就緒文件描述符的效率。
*/
4、三組I/O複用函數的對比
| 系統調用 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 事件集合 | 用戶通過3個參數分別傳入感興趣的可讀、可寫及異常等事件，內核通過對這些參數的在線修改來反饋其中的就緒事件。這使得用戶每次調用select都要重置這3個參數 | 統一處理所有事件類型，因此只需一個事件集參數。用戶通過pollfd.events傳入感興趣的事件，內核通過修改pollfd.revents反饋其中就緒的事件 | 內核通過一個事件表直接管理用戶感興趣的所有事件。因此每次調用epoll_wait時，無須反覆傳入用戶感興趣的事件。epoll_wait系統調用的參數events僅用來反饋就緒的事件 |
| 應用程序索引就緒文件描述符的時間複雜度 | O(n) | O(n) | O(1) |
| 最大支持文件描述符數 | 一般有最大值限制（1024） | 65535 | 65535 |
| 工作模式 | LT(Level Triger-電平出發) | LT(Level Triger-電平出發) | LT、同時支持ET高效模式 |
| 內核實現和工作效率 | 採用輪詢方式來檢測就緒事件，算法時間複雜度爲O(n) | 採用輪詢方式來檢測就緒事件，算法時間複雜度爲O(n) | 採用回調方式來檢測就緒事件，算法時間複雜度爲O(1) |