1. Epoll 是何方神聖?
Epoll 可是當前在 Linux 下開發大規模並發網絡程序的熱門人選, Epoll 在 Linux2.6 內核中正式引入,和 select 相似,其實都 I/O 多路復用技術而已 ,並沒有什麼神秘的。
其實在 Linux 下設計並發網絡程序,向來不缺少方法,比如典型的 Apache 模型( Process Per Connection ,簡稱 PPC ), TPC ( Thread Per Connection )模型,以及 select 模型和 poll 模型,那為何還要再引入 Epoll 這個東東呢?那還是有得說說的 …
2. 常用模型的缺點
如果不擺出來其他模型的缺點,怎麼能對比出 Epoll 的優點呢。
2.1 PPC/TPC 模型
這兩種模型思想類似,就是讓每一個到來的連接一邊自己做事去,別再來煩我 。只是 PPC 是為它開了一個進程,而 TPC 開了一個線程。可是別煩我是有代價的,它要時間和空間啊,連接多了之後,那麼多的進程 / 線程切換,這開銷就上來了;因此這類模型能接受的最大連接數都不會高,一般在幾百個左右。
2.2 select 模型
1. 最大並發數限制,因為一個進程所打開的 FD (文件描述符)是有限制的,由 FD_SETSIZE 設置,默認值是 1024/2048 ,因此 Select 模型的最大並發數就被相應限制了。自己改改這個 FD_SETSIZE ?想法雖好,可是先看看下面吧 …
2. 效率問題, select 每次調用都會線性掃描全部的 FD 集合,這樣效率就會呈現線性下降,把 FD_SETSIZE 改大的後果就是,大家都慢慢來,什麼?都超時了??!!
3. 內核 / 用戶空間 內存拷貝問題,如何讓內核把 FD 消息通知給用戶空間呢?在這個問題上 select 采取了內存拷貝方法。
2.3 poll 模型
基本上效率和 select 是相同的, select 缺點的 2 和 3 它都沒有改掉。
3. Epoll 的提升
把其他模型逐個批判了一下,再來看看 Epoll 的改進之處吧,其實把 select 的缺點反過來那就是 Epoll 的優點了。
3.1. Epoll 沒有最大並發連接的限制,上限是最大可以打開文件的數目,這個數字一般遠大於 2048, 一般來說這個數目和系統內存關系很大 ,具體數目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
3.2. 效率提升, Epoll 最大的優點就在於它只管你“活躍”的連接 ,而跟連接總數無關,因此在實際的網絡環境中, Epoll 的效率就會遠遠高於 select 和 poll 。
3.3. 內存拷貝, Epoll 在這點上使用了“共享內存 ”,這個內存拷貝也省略了。
4. Epoll 為什麼高效
Epoll 的高效和其數據結構的設計是密不可分的,這個下面就會提到。
首先回憶一下 select 模型,當有 I/O 事件到來時, select 通知應用程序有事件到了快去處理,而應用程序必須輪詢所有的 FD 集合,測試每個 FD 是否有事件發生,並處理事件;代碼像下面這樣:
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 不僅會告訴應用程序有I/0 事件到來,還會告訴應用程序相關的信息,這些信息是應用程序填充的,因此根據這些信息應用程序就能直接定位到事件,而不必遍歷整個FD 集合。
int res = epoll_wait(epfd, events, 20, 120);
for (int i = 0; i < res;i++)
{
handleEvent(events[n]);
}
5. Epoll 關鍵數據結構
前面提到 Epoll 速度快和其數據結構密不可分,其關鍵數據結構就是:
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;
可見 epoll_data 是一個 union 結構體 , 借助於它應用程序可以保存很多類型的信息 :fd 、指針等等。有了它,應用程序就可以直接定位目標了。