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epoll
阅读量:4049 次
发布时间:2019-05-25

本文共 2872 字,大约阅读时间需要 9 分钟。

epoll有两种模式,Edge Triggered(简称ET) 和 Level Triggered(简称LT).在采用这两种模式时要注意的是,如果采用ET模式,那么仅当状态发生变化时才会通知,而采用LT模式类似于原来的select/poll操作,只要还有没有处理的事件就会一直通知.
Epoll 可是当前在 Linux 下开发大规模并发网络程序的热门人选, Epoll 在 Linux2.6 内核中正式引入,和 select 相似,其实都 I/O 多路复用技术而已 ,并没有什么神秘的。
 
其实在 Linux 下设计并发网络程序,向来不缺少方法,比如典型的 Apache 模型( Process Per Connection ,简称 PPC ), TPC ( Thread Per Connection )模型,以及 select 模型和 poll 模型,那为何还要再引入 Epoll 这个东东呢?那还是有得说说的 …
 
2. 常用模型的缺点
 
如果不摆出来其他模型的缺点,怎么能对比出 Epoll 的优点呢。
 
2.1 PPC/TPC 模型
 
这两种模型思想类似,就是让每一个到来的连接一边自己做事去,别再来烦我 。只是 PPC 是为它开了一个进程,而 TPC 开了一个线程。可是别烦我是有代价的,它要时间和空间啊,连接多了之后,那么多的进程 / 线程切换,这开销就上来了;因此这类模型能接受的最大连接数都不会高,一般在几百个左右。
 
2.2 select 模型
 
1. 最大并发数限制,因为一个进程所打开的 FD (文件描述符)是有限制的,由 FD_SETSIZE 设置,默认值是 1024/2048 ,因此 Select 模型的最大并发数就被相应限制了。自己改改这个 FD_SETSIZE ?想法虽好,可是先看看下面吧 …
 
2. 效率问题, select 每次调用都会线性扫描全部的 FD 集合,这样效率就会呈现线性下降,把 FD_SETSIZE 改大的后果就是,大家都慢慢来,什么?都超时了??!!
 
3. 内核 / 用户空间 内存拷贝问题,如何让内核把 FD 消息通知给用户空间呢?在这个问题上 select 采取了内存拷贝方法。
 
2.3 poll 模型
 
基本上效率和 select 是相同的, select 缺点的 2 和 3 它都没有改掉。
 
3. Epoll 的提升
 
把其他模型逐个批判了一下,再来看看 Epoll 的改进之处吧,其实把 select 的缺点反过来那就是 Epoll 的优点了。
 
3.1. Epoll 没有最大并发连接的限制,上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大 ,具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
 
3.2. 效率提升, Epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ,而跟连接总数无关,因此在实际的网络环境中, Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。
 
3.3. 内存拷贝, Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”,这个内存拷贝也省略了。
 
 
 
 
4. Epoll 为什么高效
 
Epoll 的高效和其数据结构的设计是密不可分的,这个下面就会提到。
 
首先回忆一下 select 模型,当有 I/O 事件到来时, select 通知应用程序有事件到了快去处理,而应用程序必须轮询所有的 FD 集合,测试每个 FD 是否有事件发生,并处理事件;代码像下面这样:
 
 
 
int res = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, 120);
 
if (res > 0)
 
{
 
    for (int i = 0; i < MAX_CONNECTION; i++)
 
    {
 
        if (FD_ISSET(allConnection[i], &readfds))
 
        {
 
            handleEvent(allConnection[i]);
 
        }
 
    }
 
}
 
// if(res == 0) handle timeout, res < 0 handle error
 
 
 
Epoll 不仅会告诉应用程序有I/0 事件到来,还会告诉应用程序相关的信息,这些信息是应用程序填充的,因此根据这些信息应用程序就能直接定位到事件,而不必遍历整个FD 集合。
 
int res = epoll_wait(epfd, events, 20, 120);
 
for (int i = 0; i < res;i++)
 
{
 
    handleEvent(events[n]);
 
}
 
5. Epoll 关键数据结构
 
前面提到 Epoll 速度快和其数据结构密不可分,其关键数据结构就是:
 
struct epoll_event {
 
    __uint32_t events;      // Epoll events
 
    epoll_data_t data;      // User data variable
 
};
 
typedef union epoll_data {
 
    void *ptr;
 
    int fd;
 
    __uint32_t u32;
 
    __uint64_t u64;
 
} epoll_data_t;
 
可见 epoll_data 是一个 union 结构体 , 借助于它应用程序可以保存很多类型的信息 :fd 、指针等等。有了它,应用程序就可以直接定位目标了。
 
6. 使用 Epoll
 
既然 Epoll 相比 select 这么好,那么用起来如何呢?会不会很繁琐啊 … 先看看下面的三个函数吧,就知道 Epoll 的易用了。
 
 
 
int epoll_create(int size);
 
生成一个 Epoll 专用的文件描述符,其实是申请一个内核空间,用来存放你想关注的 socket fd 上是否发生以及发生了什么事件。 size 就是你在这个 Epoll fd 上能关注的最大 socket fd 数,大小自定,只要内存足够。
 
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event );
 
控制某个 Epoll 文件描述符上的事件:注册、修改、删除。其中参数 epfd 是 epoll_create() 创建 Epoll 专用的文件描述符。相对于 select 模型中的 FD_SET 和 FD_CLR 宏。
 
int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout);
 
等待 I/O 事件的发生;参数说明:
 
epfd: 由 epoll_create() 生成的 Epoll 专用的文件描述符;
 
epoll_event: 用于回传代处理事件的数组;
 
maxevents: 每次能处理的事件数;
 
timeout: 等待 I/O 事件发生的超时值;
 
返回发生事件数。
 
相对于 select 模型中的 select 函数。

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