21. socket中的多路复用，及其优缺点，epoll的水平和边缘触发模式？

多路复用是一种单线程/进程管理多个Socket连接的技术，核心是通过系统调用监听多个文件描述符（FD），当某个FD就绪（可读/可写/异常）时通知程序处理，避免阻塞等待。常见的实现方式有：

1. select
2. poll
3. epoll（Linux特有，高性能）

1. select/poll/epoll对比

特性	select	poll	epoll
时间复杂度	O(n)	O(n)	O(1)
FD数量限制	1024（默认）	无限制	无限制
工作模式	轮询	轮询	回调（事件驱动）
内核态/用户态拷贝	每次需拷贝全部FD集合	同select	仅传递就绪的FD（mmap优化）
适用场景	跨平台、少量连接	少量连接	高并发（如10万+连接）

2. epoll的核心优势

epoll是Linux下高性能多路复用的实现，解决了select/poll的缺陷：

• 无需线性扫描FD：通过红黑树管理FD，就绪时直接回调通知。
• 无FD数量限制：仅受系统最大文件描述符数限制。
• 边缘触发（ET）模式：减少事件重复触发的开销。

epoll的关键函数

int epoll_create(int size);  // 创建epoll实例
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);  // 注册/修改FD
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);  // 等待事件

3. epoll的触发模式

(1) 水平触发（LT，Level-Triggered）

• 默认模式，只要FD处于就绪状态（如缓冲区有数据），就会持续触发事件。
• 特点：
  • 类似select/poll的行为。
  • 如果未一次性读完数据，下次epoll_wait会再次通知。
• 优点：编程简单，不易遗漏事件。
• 缺点：可能引发多次无意义的唤醒（如数据未读完时）。

LT示例代码

struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLLT;  // 水平触发（默认）
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

(2) 边缘触发（ET，Edge-Triggered）

• 仅在FD状态变化时触发一次（如从不可读变为可读）。
• 特点：
  • 必须非阻塞IO + 循环读写直到EAGAIN，否则会丢失后续数据。
  • 高性能，减少重复事件。
• 优点：减少无效唤醒，适合高并发。
• 缺点：编程复杂，需处理不全读/写的情况。

ET示例代码

struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;  // 边缘触发
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

// 必须非阻塞读取！
while (read(fd, buf, sizeof(buf)) > 0);  // 读到EAGAIN为止

4. 多路复用的优缺点

优点

1. 高并发：单线程可管理数万连接（相比多线程/进程更节省资源）。
2. 避免阻塞：无需为每个连接创建独立线程。
3. 精准事件通知（epoll）：仅处理就绪的FD。

缺点

1. 编程复杂（尤其是ET模式需非阻塞IO + 循环读写）。
2. 仅适用于IO密集型场景：CPU密集型任务仍需多线程。
3. 平台依赖性（如epoll仅限Linux）。

5. 面试常见问题

Q1: 为什么epoll比select/poll高效？

• select/poll需轮询所有FD，而epoll仅回调就绪的FD。
• select/poll每次调用需全量拷贝FD集合，epoll通过mmap共享内存减少拷贝。

Q2: ET模式下为什么要用非阻塞IO？

• ET模式只通知一次，如果阻塞读取且未读完，后续数据到达时不会再次触发，导致数据滞留。

Q3: LT和ET如何选择？

• LT：适合简单场景（如HTTP服务器）。
• ET：适合高性能场景（如Redis、Nginx），但需确保正确处理读写。

总结

要点	说明
多路复用核心	单线程管理多个Socket，避免阻塞等待。
epoll优势	事件驱动、O(1)复杂度、无FD限制。
LT vs ET	LT持续触发，ET仅状态变化时触发（需非阻塞IO）。
适用场景	高并发网络编程（如Web服务器、即时通讯）。