前言
最近一直忙着找實習以及小論文的實驗，導致最近半個月都沒有汲取到新的知識，也就這兩天空閒的時候才能繼續看看Netty。其實網上關於Netty的文章很多，但是能夠從底層原理去解釋的卻不多，我們都知道Netty底層是通過IO多路複用來實現的，那麼你們有沒有考慮過在底層上IO多路複用又是是如何實現的？
這篇就從底層的select函數以及文件驅動poll函數來分享一下我的認識，若如有誤的地方，大家可以給個issue。
IO多路複用
首先來了解一下什麼是IO多路複用呢。可以拆開來理解，IO多路可以簡單的理解爲多個I/O流，複用即多個I/O流共用了一個線程，換一種說法單個線程來管理跟蹤多個I/O流。
多路複用有了簡單的瞭解後，現在問一下自己：如果讓你自己來實現一個IO多路複用你會怎麼實現？那簡單，寫一個死循環一直去遍歷流，如果流有讀、寫、異常的事件就返回該流：
while true {
for(i in stream[]) {
if(i has data)
read until unavailable
}
}
這種做法的缺陷也非常的明顯，如果沒有準備就緒的流，那麼會浪費CPU時間。那麼有沒有一種方法，當所有的流沒有準備就緒時，讓線程阻塞起來，直到有就緒的流出現，讓線程再執行返回呢？下面就來看看select函數是如何做的。
select函數
正如前面說的一樣，爲了不浪費CPU的時間，可以採用select來實現IO多路複用。
當所有的流都沒有準備就緒時，會把當前線程阻塞掉；當有一個或多個流的I/O事件就緒時，就從阻塞狀態中醒來，然後輪詢一遍所有的流，處理已經準備好的I/O事件。輪詢的過程可以參照如下：
while true {
select(streams[])//會被阻塞
for(i in stream[]) {
if(i has data)
read until unavailable
}
}
那麼有沒有人有疑惑，select居然這麼強大，它的底層原理是如何實現的呢？這也是我寫這篇博客的主要原因，下面就來分析一下select函數究竟做了什麼。
爲了能解釋清楚，先來講一下什麼是文件描述符（FD）：
文件描述符是內核爲了高效管理已經被打開的文件所創建的索引，他是一個從0開始的整數，程序所有執行的I/O操作都是通過文件描述符進行的。其中，在程序剛剛啓動時，0,1,2三個文件描述符已經被佔用了，0代表標準輸入設備stdin（比如鍵盤），1代表標準輸出設備stdout（顯示器），2代表標準錯誤stderr。因此再打開一個文件，它的文件描述符會是3。
注意這裏的文件並不是平時看到的txt，在unix中所有東西都是文件。文件就是一串二進制流，不管socket,還是FIFO、管道、終端，對我們來說，一切都是文件，一切都是流。
清楚了什麼是FD之後，再來看看select函數：
int select(int maxfd,fd_set *readset,fd_set *writeset,fd_set *exceptset,const struct timeval *timeout)
中間的三個參數readset、writeset和exceptset指定我們要讓內核監測讀、寫和異常條件的文件描述字集合。如果對某一個的條件不感興趣，就可以把它設爲空指針。struct fd_set可以理解爲一個集合，這個集合中存放的是文件描述符。
timeout告知內核等待所指定文件描述字中的任何一個就緒可花多少時間。
select的實現依賴於文件的驅動函數poll，在unix中無論是調用 select、poll 還是epoll，最終都會調用該函數。
我們想在用戶空間對一個文件使用多路I/O複用，那麼我們需要實現該文件驅動的poll函數。對於一般的磁盤文件而言，這些函數都已在文件系統驅動中實現，而對於自己定義的設備，我們需要自己實現poll函數。
文件驅動poll函數
select會循環遍歷它所監測的fd_set內的所有文件描述符對應的驅動程序的poll函數。
驅動程序提供的poll函數首先會將調用select的用戶進程插入到該設備驅動對應資源的等待隊列(如讀/寫等待隊列)，然後返回一個bitmask告訴select當前資源哪些可用。當select循環遍歷完所有fd_set內指定的文件描述符對應的poll函數後，如果沒有一個資源可用(即沒有一個文件可供操作)，則select讓該進程睡眠，一直等到有資源可用爲止，進程被喚醒(或者timeout)繼續往下執行。
看到這裏相信大家已經明白select是如何做到當沒有IO流時被阻塞，簡單來說就是:
每一個文件描述符有對應的文件驅動poll函數，select在實際調用過程中會調用（readset、writeset和exceptset）每一個文件描述符的文件驅動函數poll。
文件驅動函數poll會將調用select的進程放在設備對應資源的等待隊列中。當有描述符可進行非阻塞I/O操作時，內核喚醒該描述符poll等待隊列中的阻塞進程；進程喚醒後繼續執行I/O複用函數，I/O複用函數將進程從描述符表中所有描述符的poll等待隊列中移除；然後重新遍歷每一個文件驅動函數poll。
參考文章
http://blog.chinaunix.net/uid-20643761-id-1594860.html
https://blog.csdn.net/genzld/article/details/84995021