1.IO多路复用概述
为什么需要多路复用？
首先，在网络编程中，要想实现并发处理IO事件，可以选择多线程以及线程池等。但是随着并发量的增大以及IO操作会出现阻塞的特性，多线程并不能很好的处理这些IO事件。所以急需一种新的技术，能够解决IO操作的等待问题，并且支持大量并发。
什么是IO多路复用？
IO多路复用是内核提供一种特殊机制，它能够获取一个文件描述符集合，这个集合中的文件描述符已经准备好读写操作了，所以不会出现阻塞的问题，所以能够极大地提高IO操作效率。
IO多路复用有哪些方式？
- select：支持最大1024个fd的IO多路复用操作，属于跨平台接口，采用线性结构存储fd。
- poll：只在linux系统中的接口，采用线性结构存储fd，没有最大限制。
- epoll：只在linux系统中的接口，采用红黑树结构存储fd，没有最大限制，而且复制数据少，
2.select
IO多路复用的原理是：根据内核检测到fd的读或写已就绪，传达到用户态，用户只调用已经就绪的fd的读写操作，这样就不会有阻塞IO的情况。
理论
select是最易于理解的方式，所以它的性能不会太高。select用一个1024bit标志位的结构来管理fd的状态（判断是否就绪）。内核会线性查询这1024bit中的内容，然后如果某个fd已就绪，那么内核会修改标志位，告诉用户这个fd已准备就绪，可以操作。
函数原型
#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds, struct timeval * timeout);
参数：
**nfds**：委托内核检测的这三个fd集合中的最大文件描述符+1**readfds**：文件描述符的集合，内核只检测这个文件描述符集合的读缓冲区**writefds**：文件描述符的集合，内核只检测这个文件描述符集合的写缓冲区**exceptfds**：文件描述符的集合，内核只检测这个文件描述符集合的错误缓冲区
返回值：
**0**：超时，未检测到就绪的文件描述符**-1**：错误，函数调用失败**大于0**：函数调用成功，返回集合中已就绪的文件描述符的总个数
另外，fd_set还需要一些相关操作函数：
// 将文件描述符fd从set集合中删除 == 将fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
// 判断文件描述符fd是否在set集合中 == 读一下fd对应的标志位到底是0还是1
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
// 将文件描述符fd添加到set集合中 == 将fd对应的标志位设置为1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
// 将set集合中, 所有文件文件描述符对应的标志位设置为0, 集合中没有添加任何文件描述符
void FD_ZERO(fd_set *set);
3.poll
IO多路复用的原理是：根据内核检测到fd的读或写已就绪，传达到用户态，用户只调用已经就绪的fd的读写操作，这样就不会有阻塞IO的情况。
理论
poll的原理和select是很相似的，都是委托内核线性查找文件描述符集合，判断它的读写缓冲区，然后返回给用户可以操作的文件描述符。与select不同的是，select采用一种标志位的手段，而poll采用一种结构体数组的手段，具体实现看下面的函数原型。
还有几点不同的是：
select最大限制为1024，是内核决定的，而poll的数量是用户设置的。
select可以跨平台使用，而poll只能用在linux里。
函数原型
#include <poll.h>
// 每个委托poll检测的fd都对应这样一个结构体
struct pollfd {
int fd; /* 委托内核检测的文件描述符 */
short events; /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */
short revents; /* 文件描述符实际发生的事件 -> 传出 */
};
struct pollfd myfd[100];
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数：
-
**fds**：struct pollfd类型的数组。 -
**fd**：委托内核检测的文件描述符**events**：委托内核检测文件描述符的什么事件，相关取值见下面的表**revents**：文件描述符实际发生的事件 -> 传出，相关取值见下面的表-
**nfds**： 这是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1**timeout**：超时时间
4.epoll
IO多路复用的原理是：根据内核检测到fd的读或写已就绪，传达到用户态，用户只调用已经就绪的fd的读写操作，这样就不会有阻塞IO的情况。
理论
epoll是select和poll的升级版，相比于这两种方案，epoll改进了工作方式，因此工作更高效。具体区别如下：
- 对于待检测的文件描述符集合select和poll采用线性方式处理，而epoll采用红黑树的结构处理
- select和poll采用线性方式扫描待检测集合，集合越大，扫描越慢，而epoll采用回调机制，效率和集合大小无关
- select和poll需要频繁的拷贝数据（在用户态和内核态之间），而epoll采用共享内存的方式（基于mmap的内存映射）。（从源码上看并没有实现mmap，还是会有数据的拷贝，可能有些系统实现了mmap，所以这条有些争议）
- 在返回给用户的文件描述符中，select和poll需要再次检查哪些文件描述符是可以操作的，而epoll直接返回的就是可操作的文件描述符。
函数原型
在epoll中一共提供是三个API函数，分别处理不同的操作，函数原型如下：
#include <sys/epoll.h>
// 创建epoll实例，通过一棵红黑树管理待检测集合
int epoll_create(int size);
// 管理红黑树上的文件描述符(添加、修改、删除)
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
// 检测epoll树中是否有就绪的文件描述符
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
**epoll_create()**函数的作用是创建一个红黑树模型的实例，用于管理待检测的文件描述符的集合。
int epoll_create(int size);
size在新版本中是一个可忽略的值，大于0即可，在旧版本（2.6.8之前）中是创建红黑树的大小。
**epoll_ctl()**函数的作用是管理红黑树实例上的节点，可以进行添加、删除、修改操作。
// 联合体, 多个变量共用同一块内存
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd; // 通常情况下使用这个成员, 和epoll_ctl的第三个参数相同即可
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
参数：
**epfd**：epoll_create() 函数的返回值，通过这个参数找到epoll实例-
**op**：这是一个枚举值，控制通过该函数执行什么操作 -
**EPOLL_CTL_ADD**：往epoll模型中添加新的节点**EPOLL_CTL_MOD**：修改epoll模型中已经存在的节点**EPOLL_CTL_DEL**：删除epoll模型中的指定的节点
**fd**：文件描述符，即要添加/修改/删除的文件描述符-
**event**：epoll事件，用来修饰第三个参数对应的文件描述符的，指定检测这个文件描述符的什么事件 -
**events**：委托epoll检测的事件
-
-
**EPOLLIN**：读事件**EPOLLOUT**：写事件**EPOLLERR**：异常事件
-
-
**data**：用户数据变量，这是一个联合体类型，通常情况下使用里边的fd成员，用于存储待检测的文件描述符的值，在调用epoll_wait()函数的时候这个值会被传出。
**epoll_wait()**函数的作用是检测创建的epoll实例中有没有就绪的文件描述符。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
参数：
**epfd**：epoll_create() 函数的返回值，通过这个参数找到epoll实例**events**：传出参数, 这是一个结构体数组的地址, 里边存储了已就绪的文件描述符的信息**maxevents**：修饰第二个参数, 结构体数组的容量（元素个数）**timeout**：超时时间
