操作系统(学习笔记)

1.什么是操作系统？

可以这么说，操作系统是⼀种运⾏在内核态的软件。

它是应⽤程序和硬件之间的媒介，向应⽤程序提供硬件的抽象，以及管理硬件资源

2.系统主要有哪些功能？

操作系统最主要的功能：

处理器（CPU）管理：CPU的管理和分配，主要指的是进程管理。

内存管理：内存的分配和管理，主要利⽤了虚拟内存的⽅式。

外存管理：外存（磁盘等）的分配和管理，将外存以⽂件的形式提供出去。

I/O管理：对输⼊/输出设备的统⼀管理。

除此之外，还有保证⾃⾝正常运⾏的健壮性管理，防⽌⾮法操作和⼊侵的安全性管理。

4.什么是内核？

可以这么说，内核是⼀个计算机程序，它是操作系统的核⼼，提供了操作系统最核⼼的能

⼒，可以控制操作系统中所有的内容。

5.什么是⽤户态和内核态？

内核具有很⾼的权限，可以控制 cpu、内存、硬盘等硬件，出于权限控制的考虑，因此⼤多数

操作系统，把内存分成了两个区域：

内核空间，这个内存空间只有内核程序可以访问；

⽤户空间，这个内存空间专⻔给应⽤程序使⽤，权限⽐较⼩；

⽤户空间的代码只能访问⼀个局部的内存空间，⽽内核空间的代码可以访问所有内存空间。

因此，当程序使⽤⽤户空间时，我们常说该程序在⽤户态执⾏，⽽当程序使内核空间时，程

序则在内核态执⾏。

6.⽤户态和内核态是如何切换的？

应⽤程序如果需要进⼊内核空间，就需要通过系统调⽤，来进⼊内核态：

内核程序执⾏在内核态，⽤户程序执⾏在⽤户态。当应⽤程序使⽤系统调⽤时，会产⽣⼀个

中断。发⽣中断后， CPU 会中断当前在执⾏的⽤户程序，转⽽跳转到中断处理程序，也就是

开始执⾏内核程序。内核处理完后，主动触发中断，把 CPU 执⾏权限交回给⽤户程序，回到

⽤户态继续⼯作。

 

7.并⾏和并发有什么区别？

并发就是在⼀段时间内，多个任务都会被处理；但在某⼀时刻，只有⼀个任务在执⾏。单核

处理器做到的并发，其实是利⽤时间⽚的轮转，例如有两个进程A和B，A运⾏⼀个时间⽚之

后，切换到B，B运⾏⼀个时间⽚之后又切换到A。因为切换速度⾜够快，所以宏观上表现为

在⼀段时间内能同时运⾏多个程序。

并⾏就是在同⼀时刻，有多个任务在执⾏。这个需要多核处理器才能完成，在微观上就能同

时执⾏多条指令，不同的程序被放到不同的处理器上运⾏，这个是物理上的多个进程同时进

⾏。

 

8.什么是进程上下⽂切换？

对于单核单线程 CPU ⽽⾔，在某⼀时刻只能执⾏⼀条 CPU 指令。上下⽂切换 (Context

Switch) 是⼀种将 CPU 资源从⼀个进程分配给另⼀个进程的机制。从⽤户⾓度看，计算机能

够并⾏运⾏多个进程，这恰恰是操作系统通过快速上下⽂切换造成的结果。在切换的过程

中，操作系统需要先存储当前进程的状态 (包括内存空间的指针，当前执⾏完的指令等等)，

再读⼊下⼀个进程的状态，然后执⾏此进程。

9.进程有哪些状态？

当⼀个进程开始运⾏时，它可能会经历下⾯这⼏种状态：

上图中各个状态的意义：

运⾏状态（ Runing ）：该时刻进程占⽤ CPU；

就绪状态（ Ready ）：可运⾏，由于其他进程处于运⾏状态⽽暂时停⽌运⾏；

阻塞状态（ Blocked ）：该进程正在等待某⼀事件发⽣（如等待输⼊/输出操作的完成）

⽽暂时停⽌运⾏，这时，即使给它CPU控制权，它也⽆法运⾏；

当然，进程还有另外两个基本状态：

创建状态（ new ）：进程正在被创建时的状态；

结束状态（ Exit ）：进程正在从系统中消失时的状态；

 

10.什么是僵⼫进程？

僵⼫进程是已完成且处于终⽌状态，但在进程表中却仍然存在的进程。

僵⼫进程⼀般发⽣有⽗⼦关系的进程中，⼀个⼦进程的进程描述符在⼦进程退出时不会释

放，只有当⽗进程通过 wait() 或 waitpid() 获取了⼦进程信息后才会释放。如果⼦进程退出，

⽽⽗进程并没有调⽤ wait() 或 waitpid()，那么⼦进程的进程描述符仍然保存在系统中。

11.什么1是孤⼉进程？

⼀个⽗进程退出，⽽它的⼀个或多个⼦进程还在运⾏，那么这些⼦进程将成为孤⼉进程。孤

⼉进程将被 init 进程 (进程 ID 为 1 的进程) 所收养，并由 init 进程对它们完成状态收集⼯

作。因为孤⼉进程会被 init 进程收养，所以孤⼉进程不会对系统造成危害。

12.进程有哪些调度算法？

进程调度就是确定某⼀个时刻CPU运⾏哪个进程，常见的进程调度算法有：

先来先服务

⾮抢占式的调度算法，按照请求的顺序进⾏调度。有利于长作业，但不利于短作业，因为短

作业必须⼀直等待前⾯的长作业执⾏完毕才能执⾏，⽽长作业又需要执⾏很长时间，造成了

短作业等待时间过长。另外，对I/O密集型进程也不利，因为这种进程每次进⾏I/O操作之后又

得重新排队。

短作业优先

⾮抢占式的调度算法，按估计运⾏时间最短的顺序进⾏调度。长作业有可能会饿死，处于⼀

直等待短作业执⾏完毕的状态。因为如果⼀直有短作业到来，那么长作业永远得不到调度。

优先级调度

为每个进程分配⼀个优先级，按优先级进⾏调度。为了防⽌低优先级的进程永远等不到调

度，可以随着时间的推移增加等待进程的优先级。

时间⽚轮转

将所有就绪进程按 先来先服务的原则排成⼀个队列，每次调度时，把 CPU 时间分配给队⾸进

程，该进程可以执⾏⼀个时间⽚。当时间⽚⽤完时，由计时器发出时钟中断，调度程序便停

⽌该进程的执⾏，并将它送往就绪队列的末尾，同时继续把 CPU 时间分配给队⾸的进程。

时间⽚轮转算法的效率和时间⽚的⼤⼩有很⼤关系：因为进程切换都要保存进程的信息并且

载⼊新进程的信息，如果时间⽚太⼩，会导致进程切换得太频繁，在进程切换上就会花过多

时间。 ⽽如果时间⽚过长，那么实时性就不能得到保证。

最短剩余时间优先

最短作业优先的抢占式版本，按剩余运⾏时间的顺序进⾏调度。 当⼀个新的作业到达时，其

整个运⾏时间与当前进程的剩余时间作⽐较。如果新的进程需要的时间更少，则挂起当前进

程，运⾏新的进程。否则新的进程等待。

13.进程间通信有哪些⽅

管道：管道可以理解成不同进程之间的对⽩，⼀⽅发声，⼀⽅接收，声⾳的介质可是是空

⽓或者电缆，进程之间就可以通过管道，所谓的管道就是内核中的⼀串缓存，从管道的

⼀端写⼊数据，就是缓存在了内核⾥，另⼀端读取，也是从内核中读取这段数据。

管道可以分为两类：匿名管道和命名管道。匿名管道是单向的，只能在有亲缘关系的进

程间通信；命名管道是双向的，可以实现本机任意两个进程通信。

信号 ： 信号可以理解成⼀种电报，发送⽅发送内容，指定接收进程，然后发出特定的软

件中断，操作系统接到中断请求后，找到接收进程，通知接收进程处理信号。

⽐如 kill -9 1050 就表⽰给PID为1050的进程发送 SIGKIL 信号。Linux系统中常⽤信

号：

（1）SIGHUP：⽤户从终端注销，所有已启动进程都将收到该进程。系统缺省状态下对

该信号的处理是终⽌进程。

（2）SIGINT：程序终⽌信号。程序运⾏过程中，按Ctrl+C键将产⽣该信号。

（3）SIGQUIT：程序退出信号。程序运⾏过程中，按Ctrl+\键将产⽣该信号。

（4）SIGBUS和SIGSEGV：进程访问⾮法地址。

（5）SIGFPE：运算中出现致命错误，如除零操作、数据溢出等。

（6）SIGKILL：⽤户终⽌进程执⾏信号。shell下执⾏kill -9发送该信号。

（7）SIGTERM：结束进程信号。shell下执⾏kill 进程pid发送该信号。

（8）SIGALRM：定时器信号。

（9）SIGCLD：⼦进程退出信号。如果其⽗进程没有忽略该信号也没有处理该信号，则

⼦进程退出后将形成僵⼫进程。

消息队列：消息队列就是保存在内核中的消息链表，包括Posix消息队列和System V消息

队列。有⾜够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读⾛队列中

的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载⽆格式字节流以及缓冲区⼤⼩

受限等缺点。

共享内存： 共享内存的机制，就是拿出⼀块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存

中 。这样这个进程写⼊的东西，另外的进程⻢上就能看到。共享内存是最快的 IPC ⽅

式，它是针对其他进程间通信⽅式运⾏效率低⽽专门设计的。它往往与其他通信机制，如

信号量，配合使⽤，来实现进程间的同步和通信。

信号量：信号量我们可以理解成红绿灯，红灯⾏，绿灯停。它本质上是⼀个整数计数

器，可以⽤来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为⼀种锁机制，防⽌某进程正在

访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同⼀进程内不同线

程之间的同步⼿段。

信号量表⽰资源的数量，控制信号量的⽅式有两种原⼦

 

线程是进程当中的⼀条执⾏流程。

同⼀个进程内多个线程之间可以共享代码段、数据段、打开的⽂件等资源，但每个线程各⾃

都有⼀套独⽴的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独⽴的。

线程与进程的⽐较如下：

调度： 进程是资源（包括内存、打开的⽂件等）分配的单位 ， 线程是 CPU 调度的单

位 ；

资源：进程拥有⼀个完整的资源平台，⽽线程只独享必不可少的资源，如寄存器和栈；

拥有资源：线程同样具有就绪、阻塞、执⾏三种基本状态，同样具有状态之间的转换关

系；

系统开销：线程能减少并发执⾏的时间和空间开销——创建或撤销进程时，系统都要为之

分配或回收系统资源，如内存空间，I/O设备等，OS所付出的开销显著⼤于在创建或撤销

线程时的开销，进程切换的开销也远⼤于线程切换的开销。

15.线程上下⽂切换了解吗？

这还得看线程是不是属于同⼀个进程：

当两个线程不是属于同⼀个进程，则切换的过程就跟进程上下⽂切换⼀样；

当两个线程是属于同⼀个进程，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资

源就保持不动，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据 ；

所以，线程的上下⽂切换相⽐进程，开销要⼩很多。

16.线程有哪些实现⽅式？

主要有三种线程的实现⽅式：

内核态线程实现 ：在内核空间实现的线程，由内核直接管理直接管理线程。

⽤户态线程实现 ：在⽤户空间实现线程，不需要内核的参与，内核对线程⽆感知。

 

混合线程实现 ：现代操作系统基本都是将两种⽅式结合起来使⽤。⽤户态的执⾏系统负

责进程内部线程在⾮阻塞时的切换；内核态的操作系统负责阻塞线程的切换。即我们同时

实现内核态和⽤户态线程管理。其中内核态线程数量较少，⽽⽤户态线程数量较多。每个

内核态线程可以服务⼀个或多个⽤户态线程。

 

17.线程间如何同步？

同步解决的多线程操作共享资源的问题，⽬的是不管线程之间的执⾏如何穿插，最后的结果

都是正确的。

我们前⾯知道线程和进程的关系：线程是进程当中的⼀条执⾏流程。所以说下⾯的⼀些同步

机制不⽌针对线程，同样也可以针对进程。

临界区：我们把对共享资源访问的程序⽚段称为 临界区 ，我们希望这段代码是 互斥 的，保

证在某时刻只能被⼀个线程执⾏，也就是说⼀个线程在临界区执⾏时，其它线程应该被阻⽌

进⼊临界区。

 

 

临界区不仅针对线程，同样针对进程。

临界区同步的⼀些实现⽅式：

1、锁

使⽤加锁操作和解锁操作可以解决并发线程/进程的互斥问题。

任何想进⼊临界区的线程，必须先执⾏加锁操作。若加锁操作顺利通过，则线程可进⼊临界

区；在完成对临界资源的访问后再执⾏解锁操作，以释放该临界资源。

加锁和解锁锁住的是什么呢？可以是 临界区对象 ，也可以只是⼀个简单的 互斥量 ，例如互斥

量是 0 ⽆锁， 1 表⽰加锁。

 

根据锁的实现不同，可以分为 忙等待锁和 和 ⽆忙等待锁 。

忙等待锁和 就是加锁失败的线程，会不断尝试获取锁，也被称为⾃旋锁，它会⼀直占⽤

CPU。

⽆忙等待锁 就是加锁失败的线程，会进⼊阻塞状态，放弃CPU，等待被调度。

2、信号量

信号量是操作系统提供的⼀种协调共享资源访问的⽅法。

通常信号量表⽰资源的数量，对应的变量是⼀个整型（ sem ）变量。

另外，还有两个原⼦操作的系统调⽤函数来控制信号量的，分别是：

P 操作：将 sem 减 1 ，相减后，如果 sem < 0 ，则进程/线程进⼊阻塞等待，否则继续，

表明 P操作可能会阻塞；

V 操作：将 sem 加 1 ，相加后，如果 sem <= 0 ，唤醒⼀个等待中的进程/线程，表明 V

操作不会阻塞；

P 操作是⽤在进⼊临界区之前，V 操作是⽤在离开临界区之后，这两个操作是必须成对出现

的。

18.什么是死锁？

在两个或者多个并发线程中，如果每个线程持有某种资源，⽽又等待其它线程释放它或它们

现在保持着的资源，在未改变这种状态之前都不能向前推进，称这⼀组线程产⽣了死锁。通

俗的讲就是两个或多个线程⽆限期的阻塞、相互等待的⼀种状态。

19.死锁产⽣有哪些条件？

死锁产⽣需要同时满⾜四个条件：

互斥条件 ：指线程对⼰经获取到的资源进⾏它性使⽤，即该资源同时只由⼀个线程占

⽤。如果此时还有其它线程请求获取获取该资源，则请求者只能等待，直⾄占有资源的线

程释放该资源。

请求并持有条件 ：指⼀个 线程⼰经持有了⾄少⼀个资源，但又提出了新的资源请求，⽽

新资源⼰被其它线程占有，所以当前线程会被阻塞，但阻塞 的同时并不释放⾃⼰已经获取

的资源。

不可剥夺条件 ：指线程获取到的资源在⾃⼰使⽤完之前不能被其它线程抢占，只有在⾃

⼰使⽤完毕后才由⾃⼰释放该资源。

环路等待条件 ：指在发⽣死锁时，必然存在⼀个线程——资源的环形链，即线程集合

{T0，T1，T2,…… ，Tn} 中 T0 正在等待⼀ T1 占⽤的资源，Tl1正在等待 T2⽤的资

源，…… Tn 在等待⼰被 T0占⽤的资源。

 

20.如何避免死锁呢？

产⽣死锁的有四个必要条件：互斥条件、持有并等待条件、不可剥夺条件、环路等待条件。

避免死锁，破坏其中的⼀个就可以。

消除互斥条件

这个是没法实现，因为很多资源就是只能被⼀个线程占⽤，例如锁。

消除请求并持有条件

消除这个条件的办法很简单，就是⼀个线程⼀次请求其所需要的所有资源。

消除不可剥夺条件

占⽤部分资源的线程进⼀步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源，

这样不可剥夺这个条件就破坏掉了。

消除环路等待条件

可以靠按序申请资源来预防。所谓按序申请，是指资源是有线性顺序的，申请的时候可以先

申请资源序号⼩的，再申请资源序号⼤的，这样线性化后就不存在环路了。

 

21.活锁和饥饿锁了解吗？

饥饿锁：

饥饿锁，这个饥饿指的是资源饥饿，某个线程⼀直等不到它所需要的资源，从⽽⽆法向前推

进，就像⼀个⼈因为饥饿⽆法成长。

活锁：

在活锁状态下，处于活锁线程组⾥的线程状态可以改变，但是整个活锁组的线程⽆法推进。

活锁可以⽤两个⼈过⼀条很窄的⼩桥来⽐喻：为了让对⽅先过，两个⼈都往旁边让，但两个

⼈总是让到同⼀边。这样，虽然两个⼈的状态⼀直在变化，但却都⽆法往前推进。

22.什么是虚拟内存？

我们实际的物理内存主要是主存，但是物理主存空间有限，所以⼀般现代操作系统都会想办

法把⼀部分内存块放到磁盘中，⽤到的时候再装⼊主存，但是对⽤户程序⽽⾔，是不需要注

意实际的物理内存的，为什么呢？因为有 虚拟内存 的机制。

简单说，虚拟内存是操作系统提供的⼀种机制，将不同进程的虚拟地址和不同内存的物理地

址映射起来。

每个进程都有⾃⼰独⽴的地址空间，再由操作系统映射到到实际的物理内存。

于是，这⾥就引出了两种地址的概念：

程序所使⽤的内存地址叫做虚拟内存地址（Virtual Memory Address）

实际存在硬件⾥⾯的空间地址叫物理内存地址（Physical Memory Address）。

23.什么是内存分段？

程序是由若⼲个逻辑分段组成的，如可由代码分段、数据分段、栈段、堆段组成。不同的段

是有不同的属性的，所以就⽤分段（Segmentation）的形式把这些段分离出来。

分段机制下的虚拟地址由两部分组成，段号和段内偏移量。

虚拟地址和物理地址通过段表映射，段表主要包括段号、 段的界限 。

 

24.什么是内存分页？

分⻚是把整个虚拟和物理内存空间切成⼀段段固定尺⼨的⼤⼩。这样⼀个连续并且尺⼨固定

的内存空间，我们叫⻚（Page）。在 Linux 下，每⼀⻚的⼤⼩为 4KB 。

访问分页系统中内存数据需要两次的内存访问 ：⼀次是从内存中访问页表，从中找到指定的

物理页号，加上页内偏移得到实际物理地址，第⼆次就是根据第⼀次得到的物理地址访问内

存取出数据。

25.多级页表知道吗？

操作系统可能会有⾮常多进程，如果只是使⽤简单分页，可能导致的后果就是页表变得⾮常

庞⼤。

所以，引⼊了多级页表的解决⽅案。

所谓的多级页表，就是把我们原来的单级页表再次分页，这⾥利⽤了 局部性原理 ，除了顶级

页表，其它级别的页表⼀来可以在需要的时候才被创建，⼆来内存紧张的时候还可以被置换

到磁盘中。

 

26.什么是块表？

同样利⽤了 局部性原理 ，即在⼀段时间内，整个程序的执⾏仅限于程序中的某⼀部分。相应

地，执⾏所访问的存储空间也局限于某个内存区域。

利⽤这⼀特性，把最常访问的⼏个⻚表项存储到访问速度更快的硬件，于是计算机科学家

们，就在 CPU 芯⽚中，加⼊了⼀个专⻔存放程序最常访问的⻚表项的 Cache，这个 Cache 就

是 TLB（Translation Lookaside Buffer） ，通常称为⻚表缓存、转址旁路缓存、快表等。

 

27.分页和分段有什么区别？

段是信息的逻辑单位，它是根据⽤户的需要划分的，因此段对⽤户是可见的 ；页是信息

的物理单位，是为了管理主存的⽅便⽽划分的，对⽤户是透明的。

段的⼤⼩不固定，有它所完成的功能决定；页的⼤⼩固定，由系统决定

段向⽤户提供⼆维地址空间；页向⽤户提供的是⼀维地址空间

段是信息的逻辑单位，便于存储保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制。

28.什么是交换空间？

操作系统把物理内存(Physical RAM)分成⼀块⼀块的⼩内存，每⼀块内存被称为页(page)。当

内存资源不⾜时，Linux把某些页的内容转移⾄磁盘上的⼀块空间上，以释放内存空间。磁盘

上的那块空间叫做交换空间(swap space),⽽这⼀过程被称为交换(swapping)。物理内存和交换

空间的总容量就是虚拟内存的可⽤容量。

⽤途：

物理内存不⾜时⼀些不常⽤的页可以被交换出去，腾给系统。

程序启动时很多内存页被⽤来初始化，之后便不再需要，可以交换出去

 

30.硬链接和软链接有什么区别？

硬链接就是在⽬录下创建⼀个条⽬，记录着⽂件名与 inode 编号，这个 inode 就是源⽂件

的 inode。删除任意⼀个条⽬，⽂件还是存在，只要引⽤数量不为 0。但是硬链接有限制，

它不能跨越⽂件系统，也不能对⽬录进⾏链接

软链接相当于重新创建⼀个⽂件，这个⽂件有独⽴的 inode，但是这个⽂件的内容是另

外⼀个⽂件的路径，所以访问软链接的时候，实际上相当于访问到了另外⼀个⽂件，所

以软链接是可以跨⽂件系统的，甚⾄⽬标⽂件被删除了，链接⽂件还是在的，只不过打

不开指向的⽂件了⽽已。

31.零拷贝了解吗？

假如需要⽂件传输，使⽤传统I/O，数据读取和写⼊是⽤户空间到内核空间来回赋值，⽽内核

空间的数据是通过操作系统的I/O接⼜从磁盘读取或者写⼊，这期间发⽣了多次⽤户态和内核

态的上下⽂切换，以及多次数据拷贝。

 

32.聊聊阻塞与⾮阻塞 I/O 、 同步与异步 I/O？

阻塞I/O

先来看看阻塞 I/O，当⽤户程序执⾏ read ，线程会被阻塞，⼀直等到内核数据准备好，并把

数据从内核缓冲区拷⻉到应⽤程序的缓冲区中，当拷⻉过程完成， read 才会返回。

注意，阻塞等待的是 内核数据准备好 和 数据从内核态拷⻉到⽤户态 这两个过程。

 

⾮阻塞I/O

⾮阻塞的 read 请求在数据未准备好的情况下⽴即返回，可以继续往下执⾏，此时应⽤程序不

断轮询内核，直到数据准备好，内核将数据拷⻉到应⽤程序缓冲区， read 调⽤才可以获取到

结果。

 

基于⾮阻塞的I/O多路复⽤

我们上⾯的⾮阻塞I/O有⼀个问题，什么问题呢？应⽤程序要⼀直轮询，这个过程没法⼲其它

事情，所以引⼊了I/O 多路复⽤技术。

当内核数据准备好时，以事件通知应⽤程序进⾏操作。

 

33.详细讲⼀讲I/O多路复⽤？

我们先了解什么是I/O多路复⽤？

我们在传统的I/O模型中，如果服务端需要⽀持多个客户端，我们可能要为每个客户端分配⼀

个进程/线程。

不管是基于重⼀点的进程模型，还是轻⼀点的线程模型，假如连接多了，操作系统是扛不住

的。

所以就引⼊了I/O多路复⽤ 技术。

简单说，就是⼀个进程/线程维护多个Socket，这个多路复⽤就是多个连接复⽤⼀个进程/线

程。

我们来看看I/O多路复⽤三种实现机制：

select

select 实现多路复⽤的⽅式是：

将已连接的 Socket 都放到⼀个⽂件描述符集合fd_set，然后调⽤ select 函数将fd_set集合拷⻉

到内核⾥，让内核来检查是否有⽹络事件产⽣，检查的⽅式很粗暴，就是通过遍历fd_set的⽅

式，当检查到有事件产⽣后，将此 Socket 标记为可读或可写， 接着再把整个fd_set拷⻉回⽤

户态⾥，然后⽤户态还需要再通过遍历的⽅法找到可读或可写的 Socket，再对其处理。

select 使⽤固定⻓度的 BitsMap，表⽰⽂件描述符集合，⽽且所⽀持的⽂件描述符的个数是有

限制的，在Linux 系统中，由内核中的 FD_SETSIZE 限制， 默认最⼤值为 1024 ，只能监听

0~1023 的⽂件描述符。

select机制的缺点：

（1）每次调⽤select，都需要把fd_set集合从⽤户态拷贝到内核态，如果fd_set集合很⼤时，那

这个开销也很⼤，⽐如百万连接却只有少数活跃连接时这样做就太没有效率。

（2）每次调⽤select都需要在内核遍历传递进来的所有fd_set，如果fd_set集合很⼤时，那这个

开销也很⼤。

（3）为了减少数据拷贝带来的性能损坏，内核对被监控的fd_set集合⼤⼩做了限制，⼀般为

1024，如果想要修改会⽐较⿇烦，可能还需要编译内核。

（4）每次调⽤select之前都需要遍历设置监听集合，重复⼯作。

poll

poll 不再⽤ BitsMap 来存储所关注的⽂件描述符，取⽽代之⽤动态数组，以链表形式来组

织，突破了select 的⽂件描述符个数限制，当然还会受到系统⽂件描述符限制。

但是 poll 和 select 并没有太⼤的本质区别，都是使⽤线性结构存储进程关注的Socket集合，因

此都需要遍历⽂件描述符集合来找到可读或可写的Socke，时间复杂度为O(n)，⽽且也需要在

⽤户态与内核态之间拷⻉⽂件描述符集合，这种⽅式随着并发数上来，性能的损耗会呈指数

级增⻓。

epoll

epoll 通过两个⽅⾯，很好解决了 select/poll 的问题。

第⼀点，epoll 在内核⾥使⽤红⿊树来跟踪进程所有待检测的⽂件描述字，把需要监控的

socket 通过epoll_ctl() 函数加⼊内核中的红⿊树⾥，红⿊树是个⾼效的数据结构，增删查⼀般

时间复杂度是O(logn) ，通过对这棵⿊红树进⾏操作，这样就不需要像 select/poll 每次操作时

都传⼊整个 socket 集合，只需要传⼊⼀个待检测的 socket，减少了内核和⽤户空间⼤量的数

据拷⻉和内存分配。

第⼆点， epoll 使⽤事件驱动的机制，内核⾥维护了⼀个链表来记录就绪事件，当某个 socket

有事件发⽣时，通过回调函数，内核会将其加⼊到这个就绪事件列表中，当⽤户调⽤

epoll_wait() 函数时，只会返回有事件发⽣的⽂件描述符的个数，不需要像 select/poll 那样轮

询扫描整个 socket 集合，⼤⼤提⾼了检测的效率。

epoll 的⽅式即使监听的 Socket 数量越多的时候，效率不会⼤幅度降低，能够同时监听的

Socket 的数⽬也⾮常的多了，上限就为系统定义的进程打开的最⼤⽂件描述符个数。因

⽽，epoll 被称为解决 C10K 问题的利器。

epoll 的⽅式即使监听的 Socket 数量越多的时候，效率不会⼤幅度降低，能够同时监听的

Socket 的数⽬也⾮常的多了，上限就为系统定义的进程打开的最⼤⽂件描述符个数。因

⽽，epoll 被称为解决 C10K 问题的利器。