【面试八股总结】Linux系统下的I/O多路复用

#include 
int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, 
                fd_set* exceptfds, struct timeval* timeout);
- 参数：
    - nfds : 委托内核检测的最大文件描述符的值 + 1
    - readfds : 要检测的文件描述符的读的集合，委托内核检测哪些文件描述符的读的属性
        - 一般检测读操作
        - 对应的是对方发送过来的数据，因为读是被动的接收数据，检测的就是读缓冲区
        - 是一个传入传出参数
    - writefds : 要检测的文件描述符的写的集合，委托内核检测哪些文件描述符的写的属性
        - 委托内核检测写缓冲区是不是还可以写数据（不满的就可以写）
    - exceptfds : 检测发生异常的文件描述符的集合
    - timeout : 设置的超时时间
            struct timeval {
            long tv_sec; /* seconds */
            long tv_usec; /* microseconds */
            };
            - NULL : 永久阻塞，直到检测到了文件描述符有变化
            - tv_sec = 0 tv_usec = 0， 不阻塞
            - tv_sec > 0 tv_usec > 0， 阻塞对应的时间
- 返回值 :
    - -1 : 失败
    - >0(n) : 检测的集合中有n个文件描述符发生了变化

// 将参数文件描述符fd对应的标志位设置为0
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
// 判断fd对应的标志位是0还是1， 返回值 ： fd对应的标志位的值，0，返回0， 1，返回1
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
// 将参数文件描述符fd 对应的标志位，设置为1
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
//  fd_set一共有1024 bit, 全部初始化为0
void FD_ZERO(fd_set *set);

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
4. fds集合不能重用，每次都需要重置（因为内核会修改发生事件的fd）

二、POLL

     poll是select的⼀种改进，使用轮询方式来检查多个文件描述符的状态，避免了select中文件描述符数量有限的问题。但对于大量的文件描述符，poll的性能也可能变得不够⾼效。

改  进  点：

1. 基于结构体数组存储要监视的文件描述符，文件描述符数量不受限制，可以处理任意数量的文件描述符；
2. 结构体中使用revents作为是否发生事件标志，每次遍历只需要将revernts恢复为0，因此文件描述符集合可以重用。

#include 
struct pollfd {
    int fd; /* 委托内核检测的文件描述符 */
    short events; /* 委托内核检测文件描述符的什么事件 */
    short revents; /* 文件描述符实际发生的事件 */
};
struct pollfd myfd;
myfd.fd = 5;
myfd.events = POLLIN | POLLOUT;

函数原型：

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
- 参数：
        - fds : 是一个struct pollfd 结构体数组，这是一个需要检测的文件描述符的集合
        - nfds : 这个是第一个参数数组中最后一个有效元素的下标 + 1
        - timeout : 阻塞时长
            0 : 不阻塞
            -1 : 阻塞，当检测到需要检测的文件描述符有变化，解除阻塞
            >0 : 阻塞的时长
- 返回值：
        -1 : 失败
        >0（n） : 成功,n表示检测到集合中有n个文件描述符发生变化
    

缺      点：

1. 每次调用poll时，仍然需要将pollfd集合从用户态拷贝到内核态；
2. 每次调用poll时，都需要在内核遍历传递进来的所有pollfd。

三、EPOLL

        EPOLL是Linux特有的I/O复用函数。epoll 使用⼀个事件驱动（event-driven）的方式来处理I/O操作，它只会返回就绪的文件描述符，而不是遍历整个文件描述符集合。

        epoll使用一组函数完成任务，而不是一个函数，并且epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核里的一个事件表中，不需要像select和poll一样每次调用都需要重复传入文件描述符集合。但epoll需要一个额外的文件描述符，用于唯一标识内核中的事件表。

相关函数：

include 
// 创建一个新的epoll实例。在内核中创建了一个数据，这个数据中有两个比较重要的数据，
// 一个是需要检测的文件描述符的信息（红黑树），
// 还有一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息（双向链表）。
int epoll_create(int size);
    - 参数：
    size : 目前没有意义了。随便写一个数，必须大于0
    - 返回值：
        -1 : 失败
        > 0 : 操作epoll实例的文件描述符

// 对epoll实例进行管理：添加文件描述符信息，删除信息，修改信息
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
    - 参数：
        - epfd : epoll实例对应的文件描述符
        - op : 要进行什么操作
            EPOLL_CTL_ADD: 添加
            EPOLL_CTL_MOD: 修改
            EPOLL_CTL_DEL: 删除
        - fd : 要检测的文件描述符
        - event : 检测文件描述符什么事情
                struct epoll_event {
                    uint32_t events; /* Epoll events */
                    epoll_data_t data; /* User data variable */
                };
           常见的Epoll检测事件：    - EPOLLIN    - EPOLLOUT    - EPOLLERR

// 检测函数
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
    - 参数：
        - epfd : epoll实例对应的文件描述符
        - events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息
        - maxevents : 第二个参数结构体数组的大小
        - timeout : 阻塞时间
            - 0 : 不阻塞
            - -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞
            - > 0 : 阻塞的时长（毫秒）
    - 返回值：
        - 成功，返回发送变化的文件描述符的个数 > 0
        - 失败 -1

LT和ET模式：

        epoll 支持两种事件触发模式，分别是边缘触发（edge-triggered，ET）和水平触发（level-triggered，LT）。