基于 epoll 的高并发服务器原理与实现（对比 select 和 poll）
在 Linux 网络编程中，我们经常会遇到一个问题：如何同时管理大量客户端的连接？
如果你只用 accept + recv 的最简单方式，每来一个客户端就 accept 一次，然后阻塞在 recv 上，那么同时支持的客户端数量就会非常有限。
为了解决这个问题，Linux 提供了 I/O 多路复用机制，常见的有三种：
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select -
poll -
epoll
本文将通过一个简单的 C 语言服务器代码，结合 select/poll/epoll 三种方式的实现，重点讲清楚 epoll 的原理，并对比它和 select/poll 的区别。
一、先看一个最简单的服务器
最朴素的写法就是这样：
int clientfd = accept(sockfd, ...);
recv(clientfd, buffer, ...);
send(clientfd, buffer, ...);
这种方式有个致命缺陷：
服务器只能处理 一个客户端，因为 recv 会阻塞等待数据，如果客户端不发数据，服务器就卡住了。
二、select 的原理
select 的思想很直观：
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你告诉内核：“我关心这些 socket（fd_set）上是否有事件（可读/可写/异常）”。
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内核会帮你一个个去检查，然后告诉你 哪些 fd 上有事件。
-
你再去处理对应的 fd。
缺点：
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fd_set 有上限（1024），不能同时监听太多连接。
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每次调用
select都要把整个 fd_set 从用户态复制到内核态，效率低。 -
内核帮你检查完毕后，还得你自己在用户态用循环一个个找出来。
三、poll 的原理
poll 和 select 类似，改进点在于：
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使用了一个
pollfd数组，没有 1024 的上限。 -
但是依旧需要 每次把整个数组拷贝进内核，然后再返回给用户态。
-
事件通知方式还是“轮询”——你得一个个去检查
revents。
换句话说，poll 本质上是“加强版的 select”，但性能上并没有质变。
四、epoll 的原理
epoll是 Linux 提供的一套高效 I/O 事件通知机制，用来“在一个线程里同时监控大量文件描述符（socket 等），并只把真正就绪的那部分交给用户程序处理”，从而避免select/poll在大量被监控 fd 上的 O(n) 全表扫描开销。
epoll 的核心思想是：
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事件驱动（不再需要轮询所有 fd）
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当某个 socket 上有事件发生时，内核主动把它放到一个就绪队列里。
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你只需要从就绪队列里取就行，不用自己一个个遍历。
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内核与用户态共享事件表
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通过
epoll_ctl注册监听的 fd（一次性告诉内核），以后不需要每次都拷贝。 -
epoll_wait只会返回真正有事件的 fd，效率大幅提升。
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更适合高并发场景
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即使有 10 万个连接，只有少量活跃，
epoll只返回活跃的部分，性能几乎不会下降。
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五、文字流程图（epoll 工作流程）
服务器启动
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创建监听 socket（sockfd）
↓
epoll_create 创建 epoll 实例
↓
epoll_ctl(ADD, sockfd) 将 sockfd 加入监听
↓
进入循环 epoll_wait
↓
[事件1] sockfd 有新连接 → accept → epoll_ctl(ADD, clientfd)
↓
[事件2] clientfd 有数据 → recv → send
↓
[事件3] clientfd 断开 → close → epoll_ctl(DEL, clientfd)
↓
回到 epoll_wait 等待下一个事件
六、select / poll / epoll 区别总结
| 特点 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| fd 数量限制 | 1024 | 无固定上限 | 无固定上限 |
| 用户态/内核态拷贝 | 每次都要 | 每次都要 | 只需一次（注册时） |
| 时间复杂度 | O(n) | O(n) | O(1)（只返回就绪 fd） |
| 并发性能 | 一般 | 一般 | 高效（适合上万连接） |
七、epoll服务器核心代码讲解
1. 创建 epoll 实例
int epfd = epoll_create(1);
-
epoll_create(1)创建一个 epoll 实例，返回一个文件描述符epfd，它就像是一个“事件管理器”。 -
参数
1其实没用（Linux 内核忽略它），随便填个大于 0 的值即可。
可以理解为：我们有了一个 “待办事件表”，之后把需要关注的 socket 都放进去。
2. 把监听套接字放入 epoll
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLIN; // 关心读事件（有新连接到来）
ev.data.fd = sockfd; // 保存文件描述符信息
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
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epoll_event结构体描述要监听的事件。-
EPOLLIN：表示关心 可读事件（有新数据或者新连接）。 -
ev.data.fd = sockfd：把sockfd（监听 socket）存进去，后面可以识别事件来源。
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-
epoll_ctl：向epfd里 注册一个新的事件，相当于“告诉 epoll，我要关注这个 sockfd 的可读事件”。
这就让 epoll 开始监听服务器的主 socket，随时准备接收新连接。
3. 进入事件循环
while(1){struct epoll_event events[1024] = {0};int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);
-
epoll_wait就是 等待事件发生。 -
参数解释：
-
events[1024]：用来存储返回的就绪事件。 -
1024：最多监听 1024 个事件（实际数量 ≤ 1024）。 -
-1：表示阻塞等待，直到有事件发生才返回。
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-
返回值
nready：本次有多少事件就绪。
可以理解为：epoll_wait 就像一个 事件闹钟，有事件发生时会通知我们。
4. 处理事件
for(int i = 0; i < nready; i++){int connfd = events[i].data.fd;
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遍历所有就绪事件，一个一个处理。
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通过
events[i].data.fd拿到事件对应的文件描述符。
5. 新客户端连接
if (connfd == sockfd){ // 新客户端连接int clientfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&len);printf("accept finished: %d\n", clientfd);ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);
}
-
如果
connfd == sockfd，说明是 监听 socket 触发 → 有新客户端来连接。 -
调用
accept拿到新的客户端clientfd。 -
把
clientfd也加入 epoll，关心它的EPOLLIN（可读事件）。
这样以后 epoll 就会帮我们监控这个客户端的收发数据。
6. 客户端发来消息
}else if(events[i].events & EPOLLIN) { // 客户端发来消息char buffer[1024] = {0};int count = recv(connfd,buffer,1024,0);
-
如果触发的是
EPOLLIN，并且不是sockfd，说明是 某个客户端发来数据。 -
用
recv把数据读出来。
7. 客户端断开连接
if(count == 0){ // 客户端断开printf("client disconnect: %d\n",connfd);close(connfd);epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connfd, NULL);continue;
}
-
如果
recv返回0，表示客户端主动断开。 -
我们需要：
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close(connfd)关闭连接。 -
epoll_ctl(..., EPOLL_CTL_DEL, ...)从 epoll 里移除这个 fd，避免继续监听它。
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8. 回显消息
printf("RECV: %s\n",buffer);
send(connfd,buffer,count,0);
如果收到数据，就打印出来，并用 send 回发给客户端（回显服务器）。
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