select、poll、epoll的区别

在 Linux 中，select、poll 和 epoll 是三种 I/O 多路复用机制，用于高效管理多个文件描述符的 I/O 事件。以下是它们的核心区别及适用场景：

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一、核心对比

特性	select	poll	epoll
时间复杂度	O(n)	O(n)	O(1)（事件驱动）
最大描述符数量	有限（FD_SETSIZE，默认 1024）	无限制	无限制
工作模式	轮询	轮询	回调（事件驱动）
内存开销	固定大小的位图	动态数组	红黑树 + 就绪链表
触发模式	水平触发（LT）	水平触发（LT）	支持 LT 和边缘触发（ET）
跨平台支持	广泛（POSIX 标准）	多数 UNIX 系统	Linux 特有
适用场景	低并发、跨平台	中低并发、需更多描述符	高并发、Linux 平台

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二、工作机制详解

1. select

• 原理：通过位图（fd_set）管理描述符集合，每次调用需将整个集合从用户空间拷贝到内核，内核遍历所有描述符检测就绪状态。

• 缺点：

  • 描述符数量受限（FD_SETSIZE）。

  • 每次调用需重置描述符集合。

  • 线性扫描所有描述符，效率低。

fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(fd, &read_fds);
select(max_fd + 1, &read_fds, NULL, NULL, timeout);

2. poll

• 原理：使用 pollfd 结构数组替代位图，没有最大数量限制。内核仍需遍历所有描述符。

• 优点：

  • 支持更多描述符。

  • 无需每次调用前重置结构体。

• 缺点：

  • 仍为线性时间复杂度。

  • 大量描述符时性能下降。

struct pollfd fds[MAX_FDS];
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
poll(fds, nfds, timeout);

3. epoll

• 原理：基于事件驱动，内核维护红黑树存储监控的描述符，就绪事件通过双向链表返回。

• 核心 API：

  • epoll_create()：创建 epoll 实例。

  • epoll_ctl()：增删改监控的描述符。

  • epoll_wait()：等待就绪事件。

• 优点：

  • 无需遍历所有描述符，时间复杂度 O(1)。

  • 支持边缘触发（ET）模式，减少事件触发次数。

• 触发模式：

  • 水平触发（LT）：只要描述符就绪，持续通知。

  • 边缘触发（ET）：仅在状态变化时通知一次，需一次性处理所有数据。

int epoll_fd = epoll_create1(0);
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // ET 模式
event.data.fd = fd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, timeout);

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三、性能对比

1. 连接数对性能的影响

• select/poll：随着连接数增加，线性遍历开销显著上升。

• epoll：仅处理就绪事件，性能几乎不受连接数影响。

2. 事件触发效率

• LT 模式：可能重复通知就绪事件，适合简单场景。

• ET 模式：需非阻塞 I/O 并一次性读取数据，减少系统调用次数，适合高性能场景。

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四、适用场景

机制	适用场景
select	低并发（<1000）、跨平台兼容性要求高、描述符数量少
poll	中低并发、需监控较多描述符、无需跨平台
epoll	高并发（C10K 问题）、Linux 平台、需高性能和低延迟

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五、总结

• select/poll：适用于简单场景或跨平台需求，但性能受限。

• epoll：Linux 下高并发首选，事件驱动和 ET 模式大幅提升效率。

• 边缘触发（ET）：需结合非阻塞 I/O，避免漏处理事件。