⭐ 题目日期：

腾讯 - 2024/08/19

📝 题解：

在 Linux 系统中，select、poll 和 epoll 是三种 I/O 多路复用技术，用于高效管理多个文件描述符（如套接字）的 I/O 事件。以下是它们的核心区别、性能对比及适用场景：

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1. 核心机制对比

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2. 性能差异详解

(1) 连接数对性能的影响

• select/poll：** 每次调用需遍历所有监控的文件描述符，时间复杂度为 O(n)**，性能随连接数增加线性下降。
  • 示例：监控 10,000 个空闲连接时，每次调用需遍历所有 fd，浪费 CPU 资源。
• epoll：** 基于事件驱动，仅处理活跃的 fd**，时间复杂度为** O(1)**。
  • 示例：监控 10,000 个连接，若仅有 100 个活跃，只处理这 100 个。

(2) 内存与内核交互开销

• select： 每次调用需将 fd_set 从用户态拷贝到内核态，高并发时频繁拷贝开销大。
• poll： 与 select 类似，但通过链表支持更多 fd，仍需遍历所有 fd。
• epoll： 通过 epoll_ctl 注册 fd 后，后续调用 epoll_wait 无需重复传递 fd 集合，减少拷贝开销。

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3. 事件触发模式

(1) 水平触发（LT，Level-Triggered）

• 行为：只要 fd 处于就绪状态（如可读/可写），每次调用都会通知。
• 优点：编程简单，未处理的事件不会丢失。
• 缺点：可能重复通知，需确保及时处理事件。
• 支持：select、poll、epoll（默认 LT 模式）。

(2) 边缘触发（ET，Edge-Triggered）

• 行为：仅在 fd 状态变化时（如从不可读变为可读）通知一次。
• 优点：减少重复通知次数，提升性能。
• 缺点：需一次处理完所有就绪数据，否则可能丢失事件。
• 支持：epoll（需显式设置 EPOLLET 标志）。

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4. 使用示例

(1) select 示例

fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
FD_SET(sockfd, &read_fds);
struct timeval timeout = {5, 0}; // 5秒超时
int ret = select(sockfd + 1, &read_fds, NULL, NULL, &timeout);
if (ret > 0) {
    if (FD_ISSET(sockfd, &read_fds)) {
        // 处理可读事件
    }
}

(2) epoll 示例

int epfd = epoll_create1(0);
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 边缘触发模式
event.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
int ret = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, 5000); // 5秒超时
for (int i = 0; i < ret; i++) {
    if (events[i].events & EPOLLIN) {
        // 处理可读事件
    }
}

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5. 选型建议

• 低并发 & 跨平台： 选择 select 或 poll（如 Windows 的 select、嵌入式设备）。
• 高并发 Linux 服务： 选择 epoll（如 Web 服务器、实时通信系统）。
• 边缘触发优化： 在 epoll 中使用 ET 模式，配合非阻塞 I/O 一次性处理所有数据。

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6. 总结

通过合理选择 I/O 多路复用模型，可显著提升程序的并发处理能力和资源利用率。