关于I/O多路复用(又被称为“事件驱动”)，首先要理解的是，操作系统为你提供了一个功能，当你的某个socket可读或者可写的时候，它可以给你一个通知。这样当配合非阻塞的socket使用时，只有当系统通知我哪个描述符可读了，我才去执行read操作，可以保证每次read都能读到有效数据而不做纯返回-1和EAGAIN的无用功。写操作类似。操作系统的这个功能通过select/poll/epoll/kqueue之类的系统调用函数来使用，这些函数都可以同时监视多个描述符的读写就绪状况，这样，多个描述符的I/O操作都能在一个线程内并发交替地顺序完成，这就叫I/O多路复用，这里的“复用”指的是复用同一个线程。
（1）selectman select
知识铺垫：select() and pselect() allow a program to monitor multiple file descriptors, waiting until one or more of the file descriptors become “ready” for some class of I/O operation (e.g., input pos‐ sible). A file descriptor is considered ready if it is possible to perform the corresponding I/O operation (e.g., read(2)) without blocking.
(1)内核态/用户态：
电脑启动后，第一个程序是操作系统内核（kernel），内核时负责管理计算机的硬件（eg：网卡），应用程序是不能直接与硬件交互的。
当启动之后，os内核进入内存中之后，会注册一个GDT（全局描述符表）—> 它会把内核进程所在的内存空间划分出来，剩余的予以划分。
而如果应用程序想去操作硬件的话，可以调用内核提供的”系统调用”函数（systemCall kernel），但是又没法直接调，因为处于保护模式（这个方法是在内核的内存空间内）,所以有个中断系统。(中断分为软中断和硬中断，而系统调用是软中断)，外设例如鼠标的移动，属于硬中断），CPU会根据终端号会有例如网卡的驱动
结论： 若一个程序想要调IO，则必须要经过操作系统内核。
(2)文件描述符：
Linux 系统中，把一切都看做是文件，当进程打开现有文件或创建新文件时，内核向进程返回一个文件描述符，文件描述符就是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引，用来指向被打开的文件，所有执行I/O操作的系统调用都会通过文件描述符。
文件描述符可以理解为进程文件描述表这个表的索引，或者把文件描述表看做一个数组的话，文件描述符可以看做是数组的下标。当需要进行I/O操作的时候，会传入fd作为参数，先从进程文件描述符表查找该fd对应的那个条目，取出对应的那个已经打开的文件的句柄，根据文件句柄指向，去系统fd表中查找到该文件指向的inode，从而定位到该文件的真正位置，从而进行I/O操作。
- 每个文件描述符会与一个打开的文件相对应
- 不同的文件描述符也可能指向同一个文件
- 相同的文件可以被不同的进程打开，也可以在同一个进程被多次打开
多路复用实际就是一个进城可以监视多个文件描述符（fd），一旦某个描述符就绪（无论读就绪还是写就绪）,能够通知程序进行相应读或写的处理。
最老版本操作系统kernel使用select函数实现多路复用实现原理： 从select的系统调用开始： select函数的参数：第一个参数n = max + 1，即为最大文件描述符+ 1 （代表总共的bitmap连接的数量），
第二个参数是读文件描述符集合，
第三个参数是写文件描述符集合，
第四个参数是异常文件描述符集合，
第五个参数是超时时间。
实现方式：
在每次调用kernel#select函数的时候，都会涉及到用户态和内核态的切换，需要检查需要传递的select集合，其实就是需要检查fd集合中的就绪文件。这里的fd是文件系统中对应的socket生成的文件描述符，kernel#select函数被调用之后，首先会按照fd集合去检查内存中的socket套接字状态，复杂度O(N)，检查完一遍后，如果没有就绪状态的socket，就需要阻塞当前调用线程（Thread.wait()），直到某个socket有数据之后，才唤醒线程。
select的缺点：1.fd_size 有限制 1024 bitmap ,fd[i] = accept()
2.fdset不可重用，新的fd进来，重新创建
3.用户态和内核态拷贝产生开销
4.O(n)时间复杂度的轮询
5.成功调用返回结果大于 0，出错返回结果为 -1，超时返回结果为 0，具有超时时间
6.fd_set是利用数组实现的
问题1：select函数去监听socket的时候，这个socket数量有没有限制呢？select 和 poll 非常的相似，select默认监听的最大文件数量是1024个，因为fd_set的结构是一个bitmap位图结构（fd_set是select函数中的参数之一），这个bitmap默认长度是1024个bit，修改的话需要重新编译内核。select函数检查到就绪状态的socket后做了两件事情：
- 在就绪状态的socket中的对应的file descriptor中设置一个标记。
- 返回select函数，唤醒java线程，在java层面，它会收到一个int结果值，表示有几个socket处于就绪状态，具体是哪个socket就绪，java程序不清楚，然后是一个O(N)系统调用，检查fd_set集合中的每一个socket的就绪状态，涉及到用户态-内核态的切换，系统调用涉及到了参数的数据拷贝,如果select默认监听的文件数量太庞大，则系统性能不好。
select/poll实现的方式不一样，poll使用数据结构让socket连接突破1024，select/poll能监听多个设备的文件描述符，只要有任何一个设备满足条件，select/poll就会返回，否则将进行睡眠等待。看起来，select/poll像是一个管家了，统一负责来监听处理了。
1.4 问题2：如果kernel#select函数第一遍O(N)去检查时未发现就绪状态的socket，那么会一直占着cpu资源去轮询检查socket吗？直到有一个socket连接就绪。知识铺垫：
操作系统调度
假设有n个进程，让n个进程在cpu上切换执行，未挂起的进程都在工作队列中，都有机会获得cpu的执行权，挂起的进程，就会从这个工作队列中移除出去，就是java层面的线程阻塞。linux系统线程就是轻量级进程。
操作系统中断
让cpu正在执行的进程先保留程序上下文，然后避让出cpu，给中断程序让道。中断程序拿到cpu执行权限，进行相应的代码执行。
一些中断的知识：
(1) 中断是为了实现多道程序并发执行而引入的一种技术。 (2) 中断的本质就是发生中断时需要操作系统介入开展管理工作。 (3) 发生CPU会立即进入核心态，针对不同的中断信号，采取不同的处理方式。 (4) 中断是CPU从用户态进入核心态的唯一途径。 (5) 中断分为内中断和外中断。 (6) 进程中断时，操作系统会保存CPU的运行环境，如程序状态字（PSW）、程序计数器、各种通用寄存器，这是为了当进程再次运行时可以从中断的状态处继续运行。
问题回答：
kernel#select在第一遍轮询中，没有发现就绪状态下的socket，就会把当前进程放入给需要检查的socket的等待队列中，socket有三个核心区域：读缓存，写缓存，还有等待队列。
假设客户端向服务端发送了数据，数据通过网线到网卡，网卡再到DMA硬件直接将数据写到内存，此时cpu不参与工作，当数据完成传输后，会触发网络数据传输完毕的中断程序，然后cpu就会执行中断程序的逻辑，根据内存中的数据包，分析出数据包是哪个socket的数据包，根据数据包中的TCP/IP协议中的端口号就能找到对应的socket实例，然后将数据导入到socket的读缓冲区里面。导入完成之后去检查socket的等待队列，是不是有等待者，然后把等待者移动到工作队列中，执行完中断程序，然后进程又回归到工作队列，又有机会获取到cpu时间片了，然后当前进程执行select函数进行检查，就会发现有就绪的socket，然后给就绪的socket的fd文件描述符打上标记，设计到用户态，内核态的切换，然后处理打过标记的socket就行了。
（2）pollman poll
poll() performs a similar task to select(2): it waits for one of a set of file descriptors to become ready to perform I/O.
问题：select 与 poll 的区别
- 实现的方式不一样，poll使用数组让socket连接突破1024。
- 传参不一样，select使用的是bitmap，poll使用的数组，表示需要检查的socket集合。
man epoll
The epoll API performs a similar task to poll(2): monitoring multiple file descriptors to see if I/O is possible on any of them. The epoll API can be used either as an edge-triggered or a level-triggered interface and scales well to large numbers of watched file descriptors. The following system calls are provided to create and manage an epoll instance:
* epoll_create(2) creates an epoll instance and returns a file descriptor referring to that
instance. (The more recent epoll_create1(2) extends the functionality of epoll_create(2).)
* Interest in particular file descriptors is then registered via epoll_ctl(2). The set of file
descriptors currently registered on an epoll instance is sometimes called an epoll set.
* epoll_wait(2) waits for I/O events, blocking the calling thread if no events are currently
available.
epoll不需要轮询，时间复杂度为O(1)
select和poll函数中的缺陷：这个两个函数每次调用都需要我们给它提供所有需要监听的socket文件描述符集合，而且程序主线程是通过死循环调用select 和 poll函数的，涉及到用户空间数据到内核空间拷贝的过程，耗费性能，可能每次只有1-2个socket_fd文件需要修改，然后就需要遍历整个集合，在kernel层面不会保留任何数据信息，每次调用都需要拷贝，select和poll函数的返回值是一个int整型，只能代表有几个socket就绪或者错误，没办法判断是哪个socket就绪，导致程序在唤醒后，还需要新一轮的系统调用去检查哪个socket是就绪状态。
epoll主要解决两个问题：
一是函数调用参数拷贝问题。
二是系统调用后不知道那些socket调用就绪的问题。
为了解决这两个问题，epoll函数在内核空间中，有个对应的数据结构（eventpoll）去存储一些数据，它是可以通过一个系统函数epoll_create() 去创建，然后返回一个eventpoll对象的id（eventpoll 的文件号）。
eventpoll的数据结构主要分为两块重要的区域：
另一块存储需要监听的socket_fd的描述符列表（epoll_ctl ()监控）
一块存储就绪列表，存放着就绪状态的socket信息（epoll_wait()监控）
epoll_ctl()函数可以根据eventpoll-id去增删改内核空间上的eventpoll对象的检查列表（即监控的socket信息），增加或者修改需要检查的socket文件描述符，已注册的描述符在内核中会被维护在一棵红黑树上。
epoll_wait 传入的参数主要是eventpoll-id，主要用于监听需要监测的socket_fd集合，默认情况下会阻塞调用线程，直到eventpoll中关联的某个socket就绪后，才会返回。
问题：eventpoll 一块存储就绪列表，存放着就绪状态的socket信息，另一块存储需要监听的socket_fd的描述符列表，存放着需要监控的socket描述符的区域使用epoll_ctl 去维护，那就绪列表是怎么维护呢？
socket有三个核心区域：读缓存，写缓存，还有等待队列，select函数调用的时候会把当前调用进程从工作队列中拿出来，然后把进程引用追加到当前进程关注的每一个socket对象的等待队列中，当socket连接的客户端发送完成数据后，数据还是通过硬件DMA的方式把数据写入内存，然后相应的硬件会向cpu发出中断信号，cpu让出位置去执行网络数据中就绪的中断程序，中断程序把内存中的网络数据写入到对应的socket的读缓存区里面，把这个socket等待队列中的进程全部移动到工作队列里面，然后select函数就返回。
当我们使用系统函数epoll_ctl时，比如新添加一个需要关注的socket，当socket连接的客户端发送完成数据后，还是会触发中断程序，中断程序把内存中的网络数据写入到对应的socket的读缓存区里面，然后它发现这个socket等待队列中等待的不是进程，是一个eventpoll对象引用，他就根据这个eventpoll引用，将当前socket引用追加到eventpoll的就绪链表的我末尾，这个等待队列保存就是调用epoll_wait()的进程，检查eventpoll对象的等待队列，如果有进程，就会把进程转移到工作队列中。也就是说eventpoll对象的等待队列里面有进程，然后把这个进程，从eventpoll#等待队列里面迁移到工作队列。
问题：epoll_wait（）返回值 0 就是没有就绪的socket，大于0 就是有几个，-1表示异常，也没有表示出来哪个socket是就绪的？
对象的等待队列，如果有进程，就会把进程转移到工作队列中。也就是说eventpoll对象的等待队列里面有进程，然后把这个进程，从eventpoll#等待队列里面迁移到工作队列。
问题：epoll_wait（）返回值 0 就是没有就绪的socket，大于0 就是有几个，-1表示异常，也没有表示出来哪个socket是就绪的？
epoll_wait函数在正常返回之前就会把socket事件信息拷贝到这个数组的指针里面。
