select、poll、epoll优缺点总结

之前在我的几篇文章中已经对这三个服务器进行了简单的实现：
IO多路复用之select
IO多路复用之poll
IO多路复用之epoll

select、poll、epoll共同优点：
（1）占用资源少,因为是单进程处理。（相比于多进程、多线程）
（2）性能好，可一次等待多个进程。

一、select服务器总结：
select优点:
( 1）select()的可移植性更好，在某些Unix系统上不支持poll()
（2）select() 对于超时值提供了更好的精度：微秒，而poll是毫秒。

select缺点:
（1）每次调用select，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
（2）同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大
（3）select支持的文件描述符数量太小了，默认是1024

二、poll服务器总结：
poll 和 select 区别：
（1）poll服务器监视的文件描述符无上限。
（2）poll将输入、输出参数进行分离。

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。

poll优点：
（1）poll() 不要求开发者计算最大文件描述符加一的大小。
（2）poll() 在应付大数目的文件描述符的时候相比于select速度更快
（3）它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。

poll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）与select一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符。

三、epoll总结
　　epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本。
　　它能显著减少程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率，因为它不会复用文件描述符集合来传递结果而迫使开发者每次等待事件之前都必须重新准备要被侦听的文件描述符集合。
　　另一点原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。
　　epoll除了提供select/poll 那种IO事件的水平触发（Level Triggered）外，还提供了边沿触发（Edge Triggered），这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。
　　
底层实现：
　　epoll在底层实现了自己的高速缓存区，并且建立了一个红黑树用于存放socket，另外维护了一个链表用来存放准备就绪的事件。

工作过程：
　　执行epoll_create时，创建了红黑树和就绪链表，执行epoll_ctl时，如果增加socket句柄，则检查在红黑树中是否存在，存在立即返回，不存在则添加到树干上，然后向内核注册回调函数，用于当中断事件来临时向准备就绪链表中插入数据。执行epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。

epoll优点

1）支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
2）IO效率不随FD数目增加而线性下降
3）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。

四、总结：
（1）select，poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，直到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。
　　而epoll其实也需要调用 epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能多次睡眠和唤醒交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在 epoll_wait中进入睡眠的进程。　
　　虽然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的 时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了，这节省了大量的CPU时间，这就是回调机制带来的性能提升。

（2）select，poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次，而epoll只要一次拷贝。

–>扩展：
单个进程所能打开的最大连接数有FD_SETSIZE宏定义，其大小是32个整数的大小（在32位的机器上，大小就是32*32，同理64位机器上 FD_SETSIZE为32*64）。