IO多路复用的原理

IO多路复用的四个关键词：监控者、内核态、用户态、文件句柄。
IO多路复用的五个关键问题(步骤)：

• 1.监控者如何将文件句柄从用户态传递到内核态。
• 2.内核如何判断文件句柄的读写状态
• 3.内核如何通知监控者文件句柄可读可写
• 4.监控着如何找到可读写的文件句柄并通知应用态的应用程序
  不同的多路复用接口都是基于对这四个问题的不同解答实现的。
• 5.继续循环时，监控者怎么实现上面的流程

select的原理

针对这五个问题，select给出的解答是：

• 1.select设置三个文件描述符集，并将他们全部拷贝到内核中。fd数量最大为1024。
• 2.内核根据文件描述符的缓冲区来判断可读写状态
• 3.内核自己实现。
• 4.select遍历所有的文件描述符集合，通知用户可读写的fd数量，并将所有的文件描述符拷贝到用户空间。应用程序用FD_ISSET来检测可读写的描述符。
• 5.再次重复上面的流程。

epoll的原理

epoll使用的五个步骤：

• 1.epoll_init 会在内核中开辟一个专门的高速缓冲区，并在缓冲区上建立一个就绪链表和红黑树。红黑树用来存储监控的文件句柄。就绪链表用来存储可读写的文件句柄。
• 2.epoll_ctl用来删除或者添加文件句柄。添加的时候，epoll会把文件句柄放到红黑树上，同时注册一个回掉函数。这个回掉函数会把文件句柄拷贝到就绪列表中。删除的时候则把文件句柄从红黑树中删除即可。
• epoll_wait则监控就绪链表。一旦有时间发生，则返回用户态进程。
  针对这五个问题，epoll给出的解答是：
• 1.epoll将所有的文件句柄拷贝到内核的红黑树上
• 2.内核通过检测fd缓冲区来判断fd的读写状态
• 3.内核通过回调函数将可读写的文件句柄拷贝到就绪链表中
• 4.epoll_wait将就绪链表(少量)的句柄拷贝到用户空间，并返回到用户态。
• 5.内核没有修改文件句柄的位，可以一直重复监控，直到用epoll_del删除，无需重复上述过程。

epoll高效的两个原因

• 1.epoll只需要在add时将文件句柄拷贝到内核态，select每次调用后都要将所有的文件句柄拷贝到内核态，毫无疑问效率更低。(减少用户态跟内核态fd的拷贝)
• 2.事件发生时，select要遍历所有的文件描述符。epoll则不需要。(避免fd的线性遍历)