一文说明不同IO多路复用 select、poll、epoll 和 kqueue ？不信你还看不懂！

我们以餐厅服务员模型类比，并结合代码片段说明 select、poll、epoll 和 kqueue 的工作方式。

场景设定

假设一个餐厅有 10张餐桌（对应10个IO事件），服务员需要监听哪些餐桌有客人需要服务（如点菜、结账）。目标是高效完成所有需求。

1. select：轮询所有餐桌

工作方式

服务员（线程）拿着一张固定大小的清单（默认最多1024个文件描述符），挨个询问每张餐桌：“需要服务吗？”。
如果某张餐桌举手（数据就绪），服务员标记它并处理需求。

代码片段（伪代码）

// 1. 初始化监听清单（fd_set）
fd_set read_fds;
FD_ZERO(&read_fds);
for (餐桌 in 所有餐桌) { FD_SET(餐桌, &read_fds); }

// 2. 等待事件：遍历所有餐桌，检查是否有需求
int ready = select(max_fd+1, &read_fds, NULL, NULL, timeout);
if (ready > 0) {
    for (餐桌 in 所有餐桌) {
        if (FD_ISSET(餐桌, &read_fds)) {  // 逐个检查
            处理需求(餐桌);
        }
    }
}

缺点

清单大小受限：最多只能监听1024张餐桌（受 FD_SETSIZE 限制）。
重复遍历：即使只有1张餐桌需要服务，也要遍历所有10张餐桌。

2. poll：改进的轮询

工作方式

服务员用一张无限制的清单（链表结构），仍然挨个询问每张餐桌。
解决了 select 的餐桌数量限制问题。

代码片段（伪代码）

// 1. 定义监听结构体数组
struct pollfd fds[10];
for (i=0; i<10; i++) {
    fds[i].fd = 餐桌[i];
    fds[i].events = POLLIN;  // 监听可读事件
}

// 2. 等待事件
int ready = poll(fds, 10, timeout);
if (ready > 0) {
    for (i=0; i<10; i++) {
        if (fds[i].revents & POLLIN) {  // 遍历所有餐桌
            处理需求(fds[i].fd);
        }
    }
}

缺点

效率问题：和 select 一样，仍需遍历所有餐桌，只是突破了数量限制。

3. epoll（Linux专属）：事件驱动

工作方式

服务员通过一个智能通知系统（内核事件表）监听餐桌。
当某张餐桌需要服务时，系统直接告诉服务员是哪几张餐桌（仅返回就绪的列表）。

代码片段（伪代码）

// 1. 创建epoll实例（相当于服务员拿到智能通知器）
int epoll_fd = epoll_create1(0);

// 2. 注册餐桌到通知器
struct epoll_event event;
for (餐桌 in 所有餐桌) {
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = 餐桌;
    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, 餐桌, &event);
}

// 3. 等待事件：系统直接返回就绪的餐桌列表
struct epoll_event ready_events[10];
int ready = epoll_wait(epoll_fd, ready_events, 10, timeout);
for (i=0; i<ready; i++) {  // 仅遍历就绪的餐桌
    处理需求(ready_events[i].data.fd);
}

优势

事件驱动：无需遍历所有餐桌，时间复杂度O(1)。
支持两种模式：
- 水平触发（LT）：只要餐桌有需求，持续通知服务员。
- 边缘触发（ET）：仅在餐桌需求状态变化时通知一次（需一次处理完所有需求）。

4. kqueue（BSD/macOS专属）

工作方式

类似 epoll，但用于BSD系统（如macOS）。
服务员通过一个事件过滤器监听餐桌，支持更复杂的事件类型（如文件修改、信号等）。

代码片段（伪代码）

// 1. 创建kqueue实例
int kq = kqueue();

// 2. 注册餐桌事件
struct kevent events[10];
for (i=0; i<10; i++) {
    EV_SET(&events[i], 餐桌[i], EVFILT_READ, EV_ADD, 0, 0, NULL);
}
kevent(kq, events, 10, NULL, 0, NULL);

// 3. 等待事件：直接获取就绪的餐桌列表
struct kevent ready_events[10];
int ready = kevent(kq, NULL, 0, ready_events, 10, NULL);
for (i=0; i<ready; i++) {
    处理需求(ready_events[i].ident);
}

总结对比

机制	工作方式	适用系统	性能	核心缺点
`select`	遍历所有描述符	跨平台	低（O(n)）	数量限制，效率低
`poll`	遍历所有描述符（链表）	跨平台	低（O(n)）	效率随数量增加下降
`epoll`	事件驱动，仅处理就绪的描述符	Linux	高（O(1)）	仅支持Linux
`kqueue`	事件驱动，支持复杂事件	BSD/macOS	高（O(1)）	仅支持BSD系系统