IO多路復用的本質是通過系統內核緩沖IO數據讓單個進程可以監視多個文件描述符，一旦某個進程描述符就緒(讀/寫就緒)，就能夠通知程序進行相應的讀寫操作。

select poll epoll都是Linux提供的IO復用方式，它們本質上都是同步IO，因為它們都需要在讀寫事件就緒后自己負責進行讀寫，讀寫的過程是阻塞的。

IO復用技術最大優勢就是系統開銷小，系統不必創建進程或線程，也不必維護這些進程線程。

基礎知識

用戶空間與內核空間：操作系統將虛擬空間劃分為兩個部分，一部分為內核空間，一部分為用戶空間。內核可以訪問受保護的內存空間，也有訪問底層硬件設備的所有權限。

進程切換：為了控制進程執行，內核必須有能力掛起正在CPU執行的進程，然后恢復之前被掛起的進程。進程切換非常消耗資源

進程阻塞：正在執行的進程，由于等待某些事件，如請求資源、等待某些操作完成、等待讀取新數據，這些系統自動執行阻塞原語，使進程變為阻塞態。所以說進程的阻塞是進程自身的主動行為。進入阻塞態是不會占用CPU資源的。

文件描述符：形式上是一個非負整數，實際上是個索引，指向內核為每個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。當程序打開一個文件或者創建一個新文件時，內核向進程返回一個文件描述符。

緩存IO：操作系統會將IO的數據緩存在文件系統的頁緩存中，數據會先被拷貝到操作系統內核的緩沖區中，然后才會從內核緩沖區拷貝到應用程序的地址空間。

select運行機制

提供fd_set的數據結構，實際上為一個long類型的數組，每一個數組元素都能與一個打開的文件句柄建立聯系。當調用select時，內核根據IO狀態修改fd_set的內容，由此來通知執行了select的進程哪一個文件可讀。

從流程上看，select函數與同步阻塞模型無太大區別，甚至多了添加監視socket，以及調用select的額外操作。

但是select以后最大的優勢就是用戶可以在一個線程內同時處理多個socket的Io請求。用戶可以注冊多個socket，然后不斷調用select讀取被激活的socket。達成同一個線程內同時處理多個IO請求的目的。而在同步阻塞模型中，必須通過多線程的方式才能達到這個目的。

select機制的問題

1、每次調用select，都需要把fd_set集合從用戶態拷貝到內核態，集合很大時開銷也大

2、每次調用select都需要在內核中遍歷fd_set，如果集合很大，開銷也大

3、為了減少數據拷貝帶來的性能損失，內核對被監控的fd_set集合大小做限制，限制為1024

Poll

poll機制本質上與select沒啥區別，管理多個描述符也是進行輪詢，根據描述符狀態進行處理，但是poll沒有最大描述符數量限制。

epoll

epoll是基于事件驅動的IO方式。

1、相對于select來說，epoll沒有描述符個數限制，使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關心的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣用戶空間和內核空間的copy只需要一次。

2、并且，它在獲取事件的時候，無須遍歷整個被偵聽的描述符集合，只要遍歷哪些被內核IO事件異步喚醒而加入redy隊列的描述符集合就行了。

3、epoll除了提供select/poll那種IO事件的水平觸發，還提供了邊緣觸發，使得用戶空間程序有可能緩存IO狀態，減少epoll_wait/epoll_pwait的調用，提高應用程序效率。

水平觸發：當epoll_wait檢測到某描述符事件就緒，并且通知應用程序時，應用程序可以不立即處理該事件；下次調用epoll_wait時，會再次通知此事件

邊緣觸發：當epoll_wait檢測到某描述符事件就緒并通知應用程序時，應用程序必須立即處理該事件。如果不處理，下次調用epoll_wait的時候，不會再次通知此事件。

一圖總結：