IO多路复用
在传统模式下，处理多个客户端连接有两种基本方法：
阻塞 I/O + 多进程/多线程：为每个连接创建一个新的进程或线程。上下文切换开销巨大，且能创建的连接数受限于进程/线程数。
非阻塞 I/O + 忙轮询：用一个循环不断遍历所有连接，检查是否有数据可读。CPU 占用率 100%，大部分检查都是无效的，浪费计算资源。
I/O 多路复用完美地解决了上述两种方式的缺陷，它使得单线程可以处理成千上万的网络连接，成为了构建像 Nginx、Redis 这类高性能服务器的基础。
什么是IO多路复用
阻塞 I/O：你开车去快递站，排队等你的特定一个包裹。如果没到，你就一直在那里等，车占着车道，你也不能干别的。
非阻塞轮询：你不停地开车往返于家和快递站，每次都问：“我的包裹到了吗？”，大部分时间都白跑。
I/O 多路复用 (
epoll)：你把手机号留给快递站（注册到内核）。所有包裹到了都先放在货架上。快递站有个智能系统（内核），一旦有你的任何一个包裹到达，就主动发短信通知你（事件就绪）。你只需要在收到短信后，去一趟快递站，就能取到所有已到达的包裹（批量处理）。
经典机制
特性
select
poll
epoll
基本机制
轮询所有fd
轮询所有fd
回调/事件通知
数据结构
位图 (fd_set)
链表 (pollfd结构体)
红黑树+就绪链表
最大连接数
有限制 (FD_SETSIZE, 通常1024)
无硬性限制 (系统资源决定)
无硬性限制 (系统资源决定)
性能与时间复杂度
O(n)，每次调用线性扫描所有fd
O(n)，每次调用线性扫描所有fd
O(1)，仅通知就绪的fd
内存拷贝开销
每次调用需在用户态和内核态间复制整个fd_set
每次调用需复制整个pollfd数组
仅首次注册时拷贝，之后无额外拷贝
触发模式
仅支持水平触发(LT)
仅支持水平触发(LT)
支持水平触发(LT)和边缘触发(ET)
内核实现
简单轮询
简单轮询
基于回调的事件驱动
编程复杂度
低
低
中/高 (需理解ET/LT模式)
跨平台支持
几乎所有平台
多数Unix系统
主要限于Linux
1. select
改进点 (相对于最原始的多进程模型)：
突破性概念：首次实现了单线程监控多路I/O，避免了多进程/多线程的创建和上下文切换开销。
通用性强：几乎在所有平台上都可用，移植性好。
缺点与局限性：
连接数限制：
FD_SETSIZE（通常为1024）限制了可监控的fd数量，不适合现代高并发场景。线性扫描性能瓶颈：每次调用都需要遍历所有fd，无论是否就绪，时间复杂度为O(n)。
重复初始化：每次调用前都需要重新设置
fd_set，并在返回后重新遍历所有fd来检查状态。内存拷贝：每次调用都需要将整个fd_set从用户空间复制到内核空间，返回时再复制回来，开销大。
2. poll
改进点 (相对于select)：
突破连接数限制：使用链表而非固定大小的位图，解除了最大连接数的限制，能管理的fd数量仅受系统资源限制。
更细粒度的事件指定：使用
pollfd结构体，可以为每个fd单独设置关注的事件类型（events），并获取更详细的事件结果（revents）。
缺点与局限性 (仍未解决的问题)：
性能未根本改善：仍然需要线性扫描所有fd（O(n)复杂度）。当连接数很大但活跃连接很少时，大部分扫描都是无效的，效率低下。
内存拷贝依然存在：每次调用仍需将整个
pollfd数组从用户空间复制到内核空间。水平触发：和select一样，只支持水平触发模式，可能导致效率问题（例如，数据未读完会频繁通知）。
3. epoll
改进点 (革命性提升，解决了select/poll的所有核心问题)：
事件驱动，无需扫描：内核通过回调机制直接管理就绪队列。
epoll_wait调用时，只需从内核的就绪链表中取事件即可，时间复杂度为O(1)，性能与连接数无关，只与活跃连接数相关。无内存拷贝：使用
epoll_ctl预先注册fd到内核的红黑树中，此后调用epoll_wait时无需重复拷贝fd集合，极大减少了开销。支持边缘触发(ET)：提供了高效的ET模式，一个事件只会被通知一次，除非有新的数据到达，迫使应用程序一次性处理所有数据，减少了系统调用次数，进一步提升了性能。
无连接数限制：同样仅受系统资源限制。
缺点与局限性：
平台依赖性：基本是Linux特有的API，严重影响了程序的跨平台可移植性。
编程复杂度：尤其是边缘触发(ET)模式，需要非常小心地处理。必须循环读取/写入直到返回
EAGAIN或EWOULDBLOCK错误，否则会丢失事件，对开发者要求较高。
总结
核心思想
一次等一个
不停问所有
等通知，只处理就绪的
线程数
多线程（一线程一连接）
单线程
单线程或少量线程
CPU 利用率
低（大量阻塞）
100%（忙等待）
高（等待时无消耗）
可扩展性
差（线程资源有限）
差（CPU 耗尽）
极好（可处理万级连接）
编程复杂度
低
中
中到高（取决于使用 select 还是 epoll)
因此，I/O 多路复用（尤其是 epoll）是现代高性能网络编程的基石技术，它使得用少量资源服务海量客户端连接成为可能。**
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