如何理解IO多路复用的三种机制Select，Poll，Epoll?

1.Select
首先先分析一下select函数
int select(
int maxfdp1,
fd_set *readset,
fd_set *writeset,
fd_set *exceptset,
const struct timeval *timeout
);
【参数说明】
int maxfdp1 指定待测试的文件描述字个数，它的值是待测试的最大描述字加1。
fd_set *readset , fd_set *writeset , fd_set *exceptset
fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即 文件句柄。中间的三个参数指定我们要让内核测试读、写和异常条件的文件描述符集合。 如果对某一个的条件不感兴趣，就可以把它设为空指针。
const struct timeval *timeout timeout告知内核等待所指定文件描述符集合中的任 何一个就绪可花多少时间。其timeval结构用于指定这段时间的秒数和微秒数。
【返回值】
int 若有就绪描述符返回其数目，若超时则为0，若出错则为-1
select运行机制
select()的机制中提供一种fd_set的数据结构，实际上是一个long类型的数组，每一 个数组元素都能与一打开的文件句柄（不管是Socket句柄,还是其他文件或命名管道或 设备句柄）建立联系，建立联系的工作由程序员完成，当调用select()时，由内核根 据IO状态修改fd_set的内容，由此来通知执行了select()的进程哪一Socket或文件 可读。
从流程上来看，使用select函数进行IO请求和同步阻塞模型没有太大的区别，甚至还 多了添加监视socket，以及调用select函数的额外操作，效率更差。但是，使用select 以后最大的优势是用户可以在一个线程内同时处理多个socket的IO请求。用户可以注 册多个socket，然后不断地调用select读取被**的socket，即可达到在同一个线程 内同时处理多个IO请求的目的。而在同步阻塞模型中，必须通过多线程的方式才能达 到这个目的。
select机制的问题
每次调用select，都需要把fd_set集合从用户态拷贝到内核态，如果fd_set集合很 大时，那这个开销也很大
同时每次调用select都需要在内核遍历传递进来的所有fd_set，如果fd_set集合很 大时，那这个开销也很大
为了减少数据拷贝带来的性能损坏，内核对被监控的fd_set集合大小做了限制，并且 这个是通过宏控制的，大小不可改变(限制为1024).

2.Poll
poll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是 进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。 也就是说，poll只解决了上面的问题3，并没有解决问题1，2的性能开销问题。

下面是pll的函数原型：
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
typedef struct pollfd {
int fd; // 需要被检测或选择的文件描述符
short events; // 对文件描述符fd上感兴趣的事件
short revents; // 文件描述符fd上当前实际发生的事件
} pollfd_t;
poll改变了文件描述符集合的描述方式，使用了pollfd结构而不是select的fd_set 结构，使得poll支持的文件描述符集合限制远大于select的1024
【参数说明】
struct pollfd *fds fds是一个struct pollfd类型的数组，用于存放需要检测其状 态的socket描述符，并且调用poll函数之后fds数组不会被清空；一个pollfd结构 体表示一个被监视的文件描述符，通过传递fds指示 poll() 监视多个文件描述符。其 中，结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域，结构 体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域
nfds_t nfds 记录数组fds中描述符的总数量
【返回值】
int 函数返回fds集合中就绪的读、写，或出错的描述符数量，返回0表示超时，返回 -1表示出错；

Epoll
epoll在Linux2.6内核正式提出，是基于事件驱动的I/O方式，相对于select来说， epoll没有描述符个数限制，使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关心的文件 描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一 次。
Linux中提供的epoll相关函数如下：
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(
int epfd,
int op, int fd,
struct epoll_event event
);
int epoll_wait(
int epfd,
struct epoll_event * events,
int maxevents,
int timeout
);
1).epoll_create 函数创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量。 调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。
2).epoll_ctl 函数注册要监听的事件类型。四个参数解释如下：
epfd 表示epoll句柄
op 表示fd操作类型，有如下3种
EPOLL_CTL_ADD 注册新的fd到epfd中
EPOLL_CTL_MOD 修改已注册的fd的监听事件
EPOLL_CTL_DEL 从epfd中删除一个fd
fd 是要监听的描述符
event 表示要监听的事件
epoll_event 结构体定义如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; / Epoll events /
epoll_data_t data; / User data variable */
};
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;
3). epoll_wait 函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目，调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。
⑴epfd 是epoll句柄
⑵events 表示从内核得到的就绪事件集合
⑶maxevents 告诉内核events的大小
⑷timeout 表示等待的超时事件
epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll，是Linux下多路复用 IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃 的情况下的系统CPU利用率。原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述 符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。
epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发（Level Triggered）外，还提供 了边缘触发（Edge Triggered），这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少 epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。
⑴水平触发（LT）：默认工作模式，即当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并 通知应用程序时，应用程序可以不立即处理该事件；下次调用epoll_wait时，会 再次通知此事件
⑵边缘触发（ET）： 当epoll_wait检测到某描述符事件就绪并通知应用程序时， 应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次 通知此事件。（直到你做了某些操作导致该描述符变成未就绪状态了，也就是说边 缘触发只在状态由未就绪变为就绪时只通知一次）。
LT和ET原本应该是用于脉冲信号的，可能用它来解释更加形象。Level和Edge指的就 是触发点，Level为只要处于水平，那么就一直触发，而Edge则为上升沿和下降沿的 时候触发。比如：0->1 就是Edge，1->1 就是Level。

ET模式很大程度上减少了epoll事件的触发次数，因此效率比LT模式下高。