IO多路复用——Select底层原理深度分析（流程图）

Select 是 Linux 系统中最早的 I/O 多路复用机制，它允许程序同时监控多个文件描述符的状态变化。

Select 使用位图（fd_set）来表示要监控的文件描述符集合，通过系统调用进入内核后，内核会遍历位图中设置为 1 的每一位，对每个对应的文件描述符调用其 poll 方法来检查是否有数据可读、可写或发生异常。

当有事件就绪时，内核会将结果位图拷贝回用户空间，用户程序通过检查结果位图来确定哪些文件描述符发生了事件。

Select 的主要特点是实现简单、兼容性好，但也存在明显的性能瓶颈：每次调用都需要遍历所有文件描述符（时间复杂度 O(n)），最多只能监控 1024 个文件描述符，并且每次调用都要进行两次用户态和内核态之间的数据拷贝。

因此，Select 适用于连接数较少的场景，在高并发环境下性能较差，这也是后来出现 Poll 和 Epoll 等更高效 I/O 多路复用机制的原因。

• Select 整体调用流程：

1.kern_select 参数验证和初始化流程

• poll_wqueues： Linux 内核中用于管理 poll/select 等待队列的核心数据结构。
• select_table： Select 系统调用中连接用户空间和内核空间 poll 机制的桥梁数据结构。

2. do_select() 详细实现流程

• fd_set： 表示文件描述符集合的位图数据结构
  • 固定大小：__FD_SETSIZE = 1024
  • 在64位系统上：1024 / 64 = 16 个 unsigned long、
  • 总共可以表示 1024 个文件描述符

3. 位图数据结构详解

4. 文件描述符处理详细流程

5. Poll方法调用链

6. 等待机制实现

7. 用户态处理就绪事件

用户程序收到返回值后，会处理相应事件：

int ready = select(n, &readfds, &writefds, &exceptfds, &timeout);
if (ready > 0) {// 检查哪些文件描述符就绪for (int i = 0; i < n; i++) {if (FD_ISSET(i, &readfds)) {// 文件描述符 i 有数据可读read_data(i);}if (FD_ISSET(i, &writefds)) {// 文件描述符 i 可以写入数据write_data(i);}if (FD_ISSET(i, &exceptfds)) {// 文件描述符 i 发生异常handle_exception(i);}}
}

8. 性能瓶颈分析

9. 与其他I/O多路复用对比