面試題：說說select/poll/epoll的區別。 
這是面試後臺開發時的高頻面試題，屬於網路程式設計和IO那一塊的知識。Android裡面的Handler訊息處理機制的底層實現就用到了epoll。 
為此，我在Google上看了很多相關文章，才大概搞懂是怎麼一回事。

背景知識
檔案描述符fd
檔案描述符（File descriptor）是電腦科學中的一個術語，是一個用於表述指向檔案的引用的抽象化概念。

檔案描述符在形式上是一個非負整數。實際上，它是一個索引值，指向核心為每一個程序所維護的該程序開啟檔案的記錄表。當程式開啟一個現有檔案或者建立一個新檔案時，核心向程序返回一個檔案描述符。在程式設計中，一些涉及底層的程式編寫往往會圍繞著檔案描述符展開。但是檔案描述符這一概念往往只適用於UNIX、Linux這樣的作業系統。在Linux系統中，流在核心中可以表示成檔案的形式。

IO模型
IO可以理解成對流的操作。

一般對於一個read操作發生時，它會經歷兩個階段。

第一個階段是等待資料準備。
第二個階段是真正讀取的過程，將資料從核心緩衝區拷貝到使用者程序緩衝區中，
而五種常見的IO模型也是圍繞這兩個階段來區分的。

同步模型（synchronous IO） 
阻塞IO（bloking IO）
非阻塞IO（non-blocking IO）
多路複用IO（multiplexing IO）
訊號驅動式IO（signal-driven IO）
非同步IO（asynchronous IO）
其中，IO多路複用就是一種機制，實現一個程序可以監視多個描述符，一旦某個描述符就緒，就能夠通知程式進行相應的讀寫操作。IO多路複用相比於多執行緒的優勢在於系統的開銷小，系統不必建立和維護程序或執行緒，免去了執行緒或程序的切換帶來的開銷。而作業系統支援IO多路複用的系統呼叫有select，poll和epoll。

select
先來看看select的函式宣告：

int select (int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
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fd_set是表示檔案描述符集合的資料結構。readfds，writefds和exceptfds分別對應三類檔案描述符集。當select被呼叫時，內部邏輯如下：

將3個fd集copy到核心，這裡限制了fd最大數量為1024
執行緒阻塞，直到超時或核心檢測到有fd可讀或可寫，核心會通知監控者select，select返回可讀或可寫的fd總數
那麼使用者程序如何找到可讀可寫的fd呢？select會將之前傳遞給核心的fd集從核心copy到使用者程序。使用者程序通過遍歷的方式找到可讀可寫的fd。
缺點：

copy次數過多，而且每次呼叫select方法都要進行fd集的copy操作
select監控fd數量有限
使用者程序通過遍歷的方式找到可讀寫的fd，時間複雜度為o(n)，IO效率隨著fd數量增多而線性下降
poll
先來看看poll的函式宣告：

int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);
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pollfd是表示檔案描述符集合的資料結構。

struct pollfd {
    int fd; //檔案描述符
    short events; //監視的請求事件
    short revents; //已發生的事件
};
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poll與select差不多，但poll的pollfd沒有最大數量的限制，可是IO效率依舊沒有提升orz。

epoll
select/poll都只有一個方法，而epoll的操作過程有3個方法，分別是epoll_create()， epoll_ctl()，epoll_wait()。

epoll_create()
int epoll_create(int size)；//用於建立一個epoll的控制代碼，size是指監聽的描述符個數。
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該方法會在核心建立專屬於epoll的高速cache區，並在該緩衝區建立紅黑樹和就緒連結串列，使用者態傳入的檔案控制代碼將被放到紅黑樹中。

epoll_ctl()
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)；
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該方法對epoll_create()所建立的核心cache區進行操作的，操作物件是需要監聽的fd。

比如，把要監聽的fd註冊到cache內，那麼epoll_ctl()會將fd插入到紅黑樹中，並向核心註冊了該fd的回撥函式。核心在檢測到某fd可讀可寫時則呼叫該回調函式，而回調函式的工作是將fd放到就緒連結串列。

epoll_wait()
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);  
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epoll_wait只需監控就緒連結串列，如果就緒連結串列有fd，則表示該fd可讀可寫，並返回給使用者態（少量的copy）；

該函式返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。

小結
執行epoll_create時，在建立了紅黑樹和就緒連結串列。執行epoll_ctl時，如果增加fd，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則新增到樹上，然後向核心註冊回撥函式，用於當中斷事件到來時向準備就緒連結串列中插入資料。執行epoll_wait時返回就緒連結串列裡的資料即可。

因此，epoll比select和poll高效的原因是：

減少了使用者態和核心態之間檔案控制代碼的copy
降低了在檔案控制代碼集中查詢的時間複雜度。用紅黑樹維護fd集，可以將查詢fd的時間複雜度降為o(logn)。
參考
https://www.zhihu.com/question/20122137
http://www.jianshu.com/p/dfd940e7fca2#
http://gityuan.com/2015/12/06/linux_epoll/