什么是IO多路复用呢？
IO多路复用的实现有哪些呢？
它们的区别是什么呢？
为了回答上面三个问题，我总结得到了这篇文章。
什么是IO多路复用呢？
IO多路复用是一种可以监视多个描述符，一旦某个描述符就绪（读、写就绪），能够通知进程进行相应的读写操作的机制。
描述符：内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。 文件描述符是非负整数。 打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。 读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。
IO多路复用是同步非阻塞方式，由于同步非阻塞方式需要不断主动轮询，轮询占据了很大一部分过程，轮询会消耗大量的CPU时间，而 “后台” 可能有多个任务在同时进行，人们就想到了循环查询多个任务的完成状态，只要有任何一个任务完成，就去处理它。如果轮询不是进程的用户态，而是有人帮忙就好了。那么这就是所谓的 “IO 多路复用”。UNIX/Linux 下的 select、poll、epoll 就是干这个的（epoll 比 poll、select 效率高，做的事情是一样的）。
其最大优势就系统开销小，系统不必要创建过多的进程/线程，减少了上下文切换的消耗和系统资源。
主要适用如下场合：
- 如果一个服务器即要处理TCP，又要处理UDP，一般要使用I/O复用；
- 如果一个服务器要处理多个服务或多个协议，一般要使用I/O复用；
- 如果一个TCP服务器既要处理监听套接口，又要处理已连接套接口，一般也要用到I/O复用；
- 当客户端需要处理多个描述符时（一般是交互式输入和网络套接口），必须使用I/O复用。
IO多路复用的实现有哪些呢？
在内核中的实现有 select、poll、epoll ，其出现顺序也是如此。
select
用户线程会启动一个监视Socket调用select函数以后会阻塞，直到有描述符就绪，或超时，函数才返回。当函数返回以后，再遍历fdset来寻找就绪的描述符。select本质上是通过设置或者检查存放fd标志位的数据结构来进行下一步处理。
有以下缺点：
- 每次调用都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这样会使得用户空间和内核空间在传递该结构时复制开销大；
- 每次扫描时采取线性扫描内核中的所有fd，效率很低；
- 单个线程处理的IO数量由fd限制，默认值为1024。
然而，它有良好的跨平台性，几乎所有平台都可以支持。
poll
poll和select的实现是类似的，区别在于它是基于链表存储的，没有最大连接的限制。
epoll
epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系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。
epoll提供了三个函数，epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait：
- epoll_create是创建一个epoll句柄；
- epoll_ctl是向内核注册新的描述符或者是改变某个文件描述符的状态。已注册的描述符在内核中会被维护在一棵红黑树上，通过回调函数内核会将 I/O 准备好的描述符加入到一个链表中管理；
- epoll_wait则是等待事件的产生。
epoll使用“事件”的就绪通知方式，通过epoll_ctl注册fd，一旦该fd就绪，内核就会采用类似callback的回调机制来激活该fd，epoll_wait便可以收到通知。
对于第一个缺点，epoll的解决方案在epoll_ctl函数中。每次注册新的事件到epoll句柄中时（在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD），会把所有的fd拷贝进内核，而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。
对于第二个缺点，epoll的解决方案不像select或poll一样每次都把current轮流加入fd对应的设备等待队列中，而只在epoll_ctl时把current挂一遍（这一遍必不可少）并为每个fd指定一个回调函数，当设备就绪，唤醒等待队列上的等待者时，就会调用这个回调函数，而这个回调函数会把就绪的fd加入一个就绪链表）。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd（利用schedule_timeout()实现睡一会，判断一会的效果，和select实现中的第7步是类似的）。
对于第三个缺点，epoll没有这个限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。
如果没有大量的空闲连接或者“死”连接，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当有大量空闲连接的时候，就会发现epoll的效率会大大提高。
它们的区别是什么呢？
三者的区别体现在三个方面：
1. 支持的最大连接数
- select：最大连接数由FD_SIZE决定，默认值为1024；
- poll：基于链表存储，没有最大连接数的限制；
- epoll：最大连接数由内存决定，1G的内存可以打开约10万个连接。
2. FD剧增后带来的IO效率问题
- select：每次调用都会对连接进行线性遍历，随着FD的增加使得遍历效率降低；
- poll：同上；
- epoll：fd上是利用回调函数，只有活跃的socket才会主动调用callback，在活跃socket较少的情况下，不存在前者的线性下降的性能问题，当所有socket都很活跃的时候，可能会出现性能问题。
3. 消息传递方式
- select：通过拷贝的方式将内核的消息传递给用户空间；
- poll：同上；
- epoll：通过共享内存的方式，实现内核态和用户态的通信。