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select、poll、epoll面试考点

这三种都是 I/O 多路复用的机制，是 Linux 环境下处理高并发网络连接的重要技术。下面我将详细讲解它们的特点、区别和面试考点。

1. select

基本原理

select 是最早的 I/O 多路复用机制，通过一个系统调用监控多个文件描述符的状态变化。

主要特点

• 监控三类文件描述符集合：读、写、异常
• 使用位图（bitmap）表示文件描述符集合
• 有最大文件描述符数量限制（通常为 1024）
• 每次调用都需要将整个文件描述符集合从用户空间拷贝到内核空间
• 返回后需要遍历整个集合找出就绪的文件描述符

代码示例

fd_set readfds, writefds, exceptfds;
struct timeval timeout;

FD_ZERO(&readfds);
FD_ZERO(&writefds);
FD_ZERO(&exceptfds);

// 添加感兴趣的文件描述符
FD_SET(sockfd, &readfds);

// 设置超时
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 0;

int ret = select(maxfd + 1, &readfds, &writefds, &exceptfds, &timeout);
if (ret > 0) {
    // 检查哪些文件描述符就绪
    if (FD_ISSET(sockfd, &readfds)) {
        // sockfd 可读
    }
}

2. poll

基本原理

poll 是 select 的改进版，解决了一些 select 的限制。

主要特点

• 使用 pollfd 结构体数组代替位图
• 没有最大文件描述符数量的限制（除了系统资源限制）
• 仍然需要将整个文件描述符集合从用户空间拷贝到内核空间
• 返回后仍需遍历整个集合找出就绪的文件描述符

代码示例

struct pollfd fds[100];
fds[0].fd = sockfd;
fds[0].events = POLLIN | POLLOUT;  // 监听读写事件

int ret = poll(fds, 100, 5000);  // 超时 5000 毫秒
if (ret > 0) {
    // 检查哪些文件描述符就绪
    if (fds[0].revents & POLLIN) {
        // sockfd 可读
    }
    if (fds[0].revents & POLLOUT) {
        // sockfd 可写
    }
}

3. epoll

基本原理

epoll 是 Linux 特有的 I/O 多路复用机制，针对大规模并发连接设计，性能显著优于 select 和 poll。

主要特点

• 使用红黑树存储文件描述符集合
• 使用事件驱动机制，维护就绪列表
• 没有最大文件描述符数量的限制
• 通过 epoll_ctl 注册文件描述符，避免每次调用都拷贝整个集合
• 采用回调机制，只返回就绪的文件描述符，避免遍历整个集合
• 支持边缘触发（ET）和水平触发（LT）两种模式

代码示例

// 创建 epoll 实例
int epfd = epoll_create(1);

// 注册事件
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;  // 读事件，边缘触发模式
ev.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);

// 等待事件发生
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
int nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, 5000);  // 超时 5000 毫秒

// 处理就绪事件
for (int i = 0; i < nfds; i++) {
    if (events[i].data.fd == sockfd) {
        // sockfd 可读
    }
}

4. 三者对比

数据结构

• select：使用三个位图表示三类文件描述符集合
• poll：使用 pollfd 结构体数组
• epoll：使用红黑树存储