扩展------IO多路复用(select，poll，epoll)

用户态和内核态

我们无论是从磁盘中读数据还是从网络(网卡)中读数据，都是用户态发起系统调用进入内核态，内核态中等待数据从磁盘/网卡中拷贝过来，然后再将数据拷贝回用户态，完成数据读取

其中影响到数据读取性能主要是：①内核态数据等待  ②用户态和内核态之间数据的拷贝

为什么有IO多路复用？

现在有以下5种IO模式： 

 

 阻塞IO(BIO)：用户进程发起系统调用，要去阻塞等待数据就绪，数据就绪之后还要阻塞等待数据拷贝读取数据

 

非阻塞IO：用户进程发起系统调用，如果内核中没数据，就不会等待然后会直接返回一个错误信息。然后他会一直去调用一直去看数据是否就绪(会导致CPU空转)。但是如果有数据之后，进行数据拷贝返回数据时还是会阻塞。

 

因为阻塞IO的两次阻塞等待，以及非阻塞IO不断发起系统调用导致的CPU空转，使得IO操作效率很慢，所以IO多路复用横空出世

IO多路复用

IO多路复用：核心思想是通过一个线程去监视多个连接(FD)，一旦某个连接就绪(触发读写事件)，就去通知对应的应用程序去处理该连接。减少用户态和内核态之间的切换，先去判断哪个FD就绪再recvfrom去调用获得数据

 

IO多路复用有多种实现方式：select poll epoll。差异在于select和poll只会通知用户进程有FD就绪，但是具体是哪个就需要用户进程遍历来确认。而epoll在通知用于进程FD就绪的同时，把已就绪的FD写入用户空间。

Select模式

Poll模式

Epoll模式

每一个FD都有Callback回调，每当就绪就直接其添加到list列表中。Epoll_wait阻塞等待检查就绪列表，有就绪的列表元素就返回结果拷贝到空数组

epoll模式下的EL模式和LT模式：

三种模式比较

①在select模式中和poll模式中每次调用都需要把要监听的FD全都拷贝到内核，然后内核处理完还要全部拷贝到用户空间。而在epoll模式中，只需要通过epoll_ctl方法把要监听的FD拷贝到内核放到红黑树中，不需要每次调用再把重复的FD再放进来，只放一次就可以了。减少了拷贝的次数，数量。

②在select模式中和poll模式中每次都要把所有的FD都拷贝回用户空间，然后让其去遍历寻找就绪的FD。而在epoll中就只需要通过epoll_wait监听链表，如果有数据就拷贝已经就绪的FD即可。

③select模式中因为使用的是数组最多监听1024个FD，poll虽然采用了链表，理论上无上限，但是当链表长度非常长，你遍历的时候则会花费大量时间。而在epoll模式中，FD是放在红黑树中，数量肯定是可以存很多，但是遍历(增删改查)红黑树的时间复杂度不会随着数量的增多而增加，都是O(log n)。