学习嵌入式的第三十二天-数据结构-（2025.7.24）IO多路复用
IO多路复用定义
单线程或单进程同时监测若干个文件描述符（套接字）是否可以执行IO操作的能力。
作用
应用程序通常需要处理来自多条事件流中的事件，例如：
- 电脑需要同时处理键盘鼠标输入、中断信号等。
- Web服务器（如Nginx）需同时处理来自多个客户端的事件。
逻辑控制流在时间上的重叠称为并发。
并行指物理上同时执行多任务。
CPU单核同一时刻只能处理一件事，时分复用是常见解决方案：将CPU切割为时间片，不同事件流交替执行。线程或进程表示执行流，通过操作系统调度实现时分复用，使多个事件流看似并行。
并发处理的成本
- 线程/进程创建成本高。
- CPU切换线程/进程需上下文切换（页表、寄存器、缓存）。
- 多线程存在资源竞争问题。
IO多路复用提供单线程/进程中处理多事件流的方法，核心目标是用更少资源完成更多任务。
IO模型
- 阻塞IO：线程闲等待，主动让出CPU。
- 非阻塞IO：线程忙等待，反复检测IO状态（如
fcntl设置O_NONBLOCK）。 - 并发IO：多进程/线程处理，资源消耗较大。
- 多路IO：单进程/线程处理多个阻塞IO（如
select、epoll）。
IO多路复用是操作系统提供的IO事件检测机制。
select实现步骤
- 创建集合：
fd_set定义变量。 - 添加关注的文件描述符：
FD_SET()。 - 调用
select等待IO事件（读/写）。 - 通过
FD_ISSET()检查就绪的fd并操作。 - 清除标志位：
rd_set = temp_set。
epoll实现步骤
- 创建集合：
epoll_create。 - 添加关注的文件描述符：
epoll_ctl。 - 调用
epoll_wait等待IO事件，就绪的fd存入rev集合。 - 在
rev集合中直接操作就绪的fd。
select与epoll对比
| 特性 | select | epoll |
|---|---|---|
| 最大fd数量 | 1024 | 通常支持>5000 |
| 检测方式 | 轮询所有fd | 事件驱动（主动上报） |
| 就绪fd查找 | 遍历原始集合（含未就绪fd） | 直接操作rev集合（仅就绪fd） |