IO复用
为了解决大量客户端访问的问题，引入IO技术：一个进程可以同事对多个客户请求进行服务，复用一个进程对多个IO进行服务。IO读写的数据多数情况下没准备好，需要通过一个函数监听这些数据状态，一旦有数据可以读写就服务。
select,poll,epoll都是IO多路复用的机制，监视多个描述符，一旦某个描述符就绪，通知程序进行操作。
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
select
头文件
/* According to POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 */
#include <sys/select.h>
/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
函数
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set);
描述
select 允许程序监视多个文件描述符，直到一个或多个文件描述符对于某种I / O操作。如果可以执行文件描述符，则认为文件描述符已准备就绪相应的I / O操作。
select（）只能监视小于FD_SETSIZE的文件描述符号。使用的超时时间是结构体时间，以秒和微秒为单位。可以更新超时参数以指示还剩多少时间。没有sigmask参数。
在readfds中列出，监视三个独立的文件描述符集：
观察是否可以读取字符、查看是否有可用空间来写入、监视exceptfds中的异常。如果没有文件描述符，则三个文件描述符集的每一个都可以指定为NULL。
FD_CLR（）分别从集合中添加和删除给定的文件描述符。
FD_ISSET（） 查看文件描述符是否是集合的一部分；
nfds是三组中编号最高的文件描述符，加1。
timeout参数指定select（）应该等待文件描述符准备就绪的间隔,直到发生以下任何一种情况：文件描述符准备就绪、呼叫被信号处理程序中断、超时到期。超时间隔将四舍五入为系统时钟的粒度，并且内核调度延迟意味着阻塞间隔可能会少量溢出。如果timeval结构的两个字段均为零，则select（）立即返回。
<sys/time.h> 中时间结构体定义如下：
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
};
一些代码调用select（），将所有三个集合都设为空，nfds为零，并且将非NULL超时作为相当便携式的亚秒级精度睡眠方式。
返回值
成功后，select（）返回包含在文件中的文件描述符的数量。返回的三个描述符集（即readfds中设置的总位数，writefds，exceptfds），如果超时在事情之前到期，则可能为零发生。
如果出错，则返回-1，并且将errno设置为指示错误；
否则为0。 文件描述符集未修改，并且超时变未定义。
错误
EBADF 在一组中给出了无效的文件描述符。（也许是一个文件描述-已经关闭的Tor，或发生错误的Tor。）
EINTR 捕获到一个信号； 参见signal（7）。
EINVAL nfds为负或超过RLIMIT_NOFILE资源限制（getrlimit（2））。
EINVAL 超时中包含的值无效。
ENOMEM 无法为内部表分配内存。
例子
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(void) {
fd_set rfds;
struct timeval tv;
int retval;
/* Watch stdin (fd 0) to see when it has input. */
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0, &rfds);
/* Wait up to five seconds. */
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
retval = select(1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
/* Don't rely on the value of tv now! */
if (retval == -1)
perror("select()");
else if (retval) {
char buf[512] = {0};
printf("Data is available now.\n");
scanf("%[^\n]s", buf);
/* FD_ISSET(0, &rfds) will be true. */
}
else
printf("No data within five seconds.\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
}
poll
头文件
#include <poll.h>
函数
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
描述
poll（）执行与select（2）类似的任务：它等待一组文件描述符中的准备执行I / O。
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* requested events */
short revents; /* returned events */
};
调用者应在nfds中指定fds数组中的项目数。
字段fd包含打开文件的文件描述符。如果该字段为负，则相应的events字段将被忽略，而revents字段将返回零。
字段events是输入参数，位掩码指定应用程序的事件对文件描述符fd。该字段可以指定为零，在这种情况下，只能在清除中返回的事件是POLLHUP，POLLERR和POLLNVAL
字段revents是一个输出参数，由内核填充执行该事件的事件。revents中返回的位可以包括事件中指定的任何位，或值POLLERR，POLLHUP或POLLNVAL之一。 （这三位在事件字段，并且只要相应的条件是正确的。）
如果任何文件描述都未发生请求的事件（也没有错误），poll（）阻塞，直到其中一个事件发生:文件描述符准备就绪、呼叫被信号处理程序中断、超时到期。
<poll.h>中定义了可以在事件和清除中设置/返回的位：
POLLIN 有要读取的数据。
POLLPRI 有紧急数据要读取（例如，TCP套接字上的带外数据
POLLOUT现在可以进行写操作，尽管写操作要比套接字或管道仍将阻塞（除非设置了O_NONBLOCK）。
POLLRDHUP流套接字对等体关闭连接，或关闭写入一半连接。必须定义_GNU_SOURCE功能测试宏
POLLERR 错误条件仅在revent中返回；在events中忽略）。
POLLHUP
POLLNVAL 无效的请求：fd未打开
返回值
成功时，将返回正数；非零的revent字段的结构的数量
值为0表示调用超时并且没有文件描述符准备好。
发生错误时，返回-1，并正确设置errno。
错误
EFAULT作为参数给出的数组未包含在调用程序的地址中空间。
EINTR在任何请求的事件之前发生信号；参见signal（7）。
EINVAL nfds值超过RLIMIT_NOFILE值。
ENOMEM没有空间分配文件描述符表。
#include "../common/color.h"
#include "../common/common.h"
#include "../common/tcp_server.h"
#include "../common/head.h"
#define POLLSIZE 100
#define BUFSIZE 512
char ch_char(char c) {
if (c >= 'a' && c <= 'z')
return c - 32;
return c;
}
int main(int argc, char **argv){
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s port!\n", argv[0]);
exit(1);
}
int server_listen, fd;
if ((server_listen = socket_create(atoi(argv[1]))) < 0) {
perror("socket_create");
exit(1);
}
struct pollfd event_set[POLLSIZE];
for (int i = 0; i < POLLSIZE; i++) {
event_set[i].fd = -1;
}
event_set[0].fd = server_listen;
event_set[0].events = POLLIN;
while(1) {
int retval;
if ((retval = poll(event_set, POLLSIZE, -1)) < 0) {
perror("poll");
return 1;
}
if (event_set[0].revents & POLLIN) {
if ((fd = accept(server_listen, NULL, NULL)) < 0) {
perror("accept");
continue;
}
retval--;
int i;
for (i = 1; i < POLLSIZE; i++) {
if (event_set[i].fd < 0) {
event_set[i].fd = fd;
event_set[i].events = POLLIN;
break;
}
}
if (i == POLLSIZE) {
printf("Too many clients!\n");
}
}
for (int i = 0; i < POLLSIZE; i++) {
if (event_set[i].fd < 0) continue;
if (event_set[i].revents & (POLLIN | POLLHUP | POLLERR)) {
retval--;
char buff[BUFSIZE] = {0};
if (recv(event_set[i].fd, buff, BUFSIZE, 0) > 0) {
printf("Recv : %s \n", buff);
for (int i = 0; i < strlen(buff); i++) {
buff[i] = ch_char(buff[i]);
}
send(event_set[i].fd, buff, strlen(buff), 0);
}
else {
close(event_set[i].fd);
event_set[i].fd = -1;
}
}
if (retval <= 0) {
break;
}
}
}
return 0;
}
epoll
头文件
#include <sys/epoll.h>
描述
epoll API执行与poll（2）类似的任务：监视多个文件描述符以看看是否可以在其中任何一个上进行I / O。 epoll API可以用作边缘触发或级别触发的界面，可以很好地扩展到大量受监视的文件描述符。 提供了以下系统调用来创建和管理epoll实例
epoll_create（2）创建一个epoll实例并返回一个引用的文件描述符
通过epoll_ctl（2）注册对特定文件描述符的兴趣。
epoll_wait（2）等待I / O事件，如果没有事件发生则阻塞调用线程
区别
select：**
select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。这样所带来的缺点是：
1、 单个进程可监视的fd数量被限制，即能监听端口的大小有限。
一般来说这个数目和系统内存关系很大，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。32位机默认是1024个。64位机默认是2048.
2、 对socket进行扫描时是线性扫描，即采用轮询的方法，效率较低：
当套接字比较多的时候，每次select()都要通过遍历FD_SETSIZE个Socket来完成调度,不管哪个Socket是活跃的,都遍历一遍。这会浪费很多CPU时间。如果能给套接字注册某个回调函数，当他们活跃时，自动完成相关操作，那就避免了轮询，这正是epoll与kqueue做的。
3、需要维护一个用来存放大量fd的数据结构，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大
poll：
poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。
它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有一个缺点：
1、大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
2、poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。
epoll:
epoll有EPOLLLT和EPOLLET两种触发模式，LT是默认的模式，ET是“高速”模式。LT模式下，只要这个fd还有数据可读，每次 epoll_wait都会返回它的事件，提醒用户程序去操作，而在ET（边缘触发）模式中，它只会提示一次，直到下次再有数据流入之前都不会再提示了，无 论fd中是否还有数据可读。所以在ET模式下，read一个fd的时候一定要把它的buffer读光，也就是说一直读到read的返回值小于请求值，或者 遇到EAGAIN错误。还有一个特点是，epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。
总结：
综上，在选择select，poll，epoll时要根据具体的使用场合以及这三种方式的自身特点。
1、表面上看epoll的性能最好，但是在连接数少并且连接都十分活跃的情况下，select和poll的性能可能比epoll好，毕竟epoll的通知机制需要很多函数回调。
2、select低效是因为每次它都需要轮询。但低效也是相对的，视情况而定，也可通过良好的设计改善