[数据结构与算法]select/poll/epoll的区别

1.用户态将文件描述符传入内核的方式

select:创建3个文件描述符集并拷贝到内核中，分别监听读、写、异常动作。这里受到单个进程可以打开的fd数量限制，默认是1024个。

poll:将传入的struct pollfd结构体数组拷贝到内核中进行监听。

epoll:执行epoll_create会在内核的高速cache区建立一棵红黑树以及就绪链表(该链表只存储已经就绪的文件描述符)。接着用户执行epoll_ctl函数添加文件描述符会在红黑树上增加相应的节点。

2.内核态检测文件描述符读写状态的方式

select:采用轮询方式，遍历所有fd,最后返回一个描述符读写操作就绪的mask掩码，根据这个掩码给fd_set赋值。

poll:同样采用轮询方式，查询每个fd的状态，如果就绪则在等待队列中加入一项并继续遍历。

epoll:采用回调机制，内核在检测某文件描述符可读/可写时会调用回调函数，该回调函数将文件描述符放在就绪链表中。

3.找到就绪文件描述符并传递给用户态的方式

select:将之前传入的fd_set拷贝传出到用户态并返回就绪的文件描述符总数。用户态并不知道是哪些文件描述符处于就绪态，需要遍历来判断。

poll:将之前传入的fd数组拷贝传出用户态并返回就绪的文件描述符总数。用户态并不知道哪些文件描述符处于就绪态，需要遍历来判断。

epoll:epoll_wait只用观察就绪链表中有无数据即可，最后将链表的数据返回给数组并返回就绪的数量。内核将就绪的文件描述符放在传入的数组中，所以只需要遍历就绪的就好，不需要遍历全部的。这里返回的文件描述符是通过mmap()让内核和用户空间同享一块内存实现传递的，减少了不必要的拷贝。

4.重复监听的方式

select:将新的监听文件描述符集合拷贝传入内核中，并继续以上步骤。

poll:将新的struct pollfd结构体数组传入内核中，继续以上步骤。

epoll:无需重新构建红黑树，直接沿用已存在的即可。

5.epll更高效的原因：

select和poll的动作基本一致，只是poll采用链表来进行文件描述符的存储，而select采用fd标注位来存放，所以select会受到最大连接数的限制，而poll不会。

select、poll、epoll虽然都会返回就绪的文件描述符数量，但是select和poll不会明确指出是哪些文件描述符就绪，而epoll会。造成的区别就是，系统调用返回后，调用select和poll的程序需要遍历监听的整个文件描述符找到是谁处于就绪，而epoll则是直接处理即可。

select、poll都需要将有关的文件描述符的数据结构拷贝进内核，最后再拷贝出来。而epoll创建的有关文件描述符的数据结构本身就存于内核态中，系统调用返回时利用mmap()文件映射内存加速与内核空间的消息传递：即epoll使用mmap减少复制开销。

select、poll采用轮询的方式来检查文件描述符是否处于就绪态，而epoll采用回调机制。造成的结果就是，随着fd的增加，select、poll的效率会线性降低，而epoll不会受到太大的影响，除非活跃的socket很多。

epoll的边缘触发模式效率高，系统不会充斥着大量不关心的就绪文件描述符，虽然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的通体制机制需要很多函数回调。