epoll介绍【转】

epoll是多路复用IO(I/O Multiplexing)中的一种方式,但是仅用于linux2.6以上内核,在开始讨论这个问题之前,先来解释一下为什么需要多路复用IO.

以一个生活中的例子来解释.

假设你在大学中读书,要等待一个朋友来访,而这个朋友只知道你在A号楼,但是不知道你具体住在哪里,于是你们约好了在A号楼门口见面.

如果你使用的阻塞IO模型来处理这个问题,那么你就只能一直守候在A号楼门口等待朋友的到来,在这段时间里你不能做别的事情,不难知道,这种方式的效率是低下的.

现在时代变化了,开始使用多路复用IO模型来处理这个问题.你告诉你的朋友来了A号楼找楼管大妈,让她告诉你该怎么走.这里的楼管大妈扮演的就是多路复用IO的角色.

进一步解释select和epoll模型的差异.

select版大妈做的是如下的事情:比如同学甲的朋友来了,select版大妈比较笨,她带着朋友挨个房间进行查询谁是同学甲,你等的朋友来了,于是在实际的代码中,select版大妈做的是以下的事情:

int n = select(&readset,NULL,NULL,100);
for (int i = 0; n > 0; ++i)
{
   if (FD_ISSET(fdarray[i], &readset))
   {
      do_something(fdarray[i]);
      --n;
   }
}

 

epoll版大妈就比较先进了,她记下了同学甲的信息,比如说他的房间号,那么等同学甲的朋友到来时,只需要告诉该朋友同学甲在哪个房间即可,不用自己亲自带着人满大楼的找人了.于是epoll版大妈做的事情可以用如下的代码表示:

在epoll中,关键的数据结构epoll_event定义如下:

typedef union epoll_data {
                void *ptr;
                int fd;
                __uint32_t u32;
                __uint64_t u64;
        } epoll_data_t;
        struct epoll_event {
                __uint32_t events;      /* Epoll events */
                epoll_data_t data;      /* User data variable */
        }; 

 

可以看到,epoll_data是一个union结构体,它就是epoll版大妈用于保存同学信息的结构体,它可以保存很多类型的信息:fd,指针,等等.有了这个结构体,epoll大妈可以不用吹灰之力就可以定位到同学甲.

别小看了这些效率的提高,在一个大规模并发的服务器中,轮询IO是最耗时间的操作之一.再回到那个例子中,如果每到来一个朋友楼管大妈都要全楼的查询同学,那么处理的效率必然就低下了,过不久楼底就有不少的人了.

对比最早给出的阻塞IO的处理模型, 可以看到采用了多路复用IO之后, 程序可以自由的进行自己除了IO操作之外的工作, 只有到IO状态发生变化的时候由多路复用IO进行通知, 然后再采取相应的操作, 而不用一直阻塞等待IO状态发生变化了.

从上面的分析也可以看出,epoll比select的提高实际上是一个用空间换时间思想的具体应用.

我们目前的网络模型大都是epoll的，因为epoll模型会比select模型性能高很多， 尤其在大连接数的情况下，作为后台开发人员需要理解其中的原因。

select/epoll的特点

select的特点：select 选择句柄的时候，是遍历所有句柄，也就是说句柄有事件响应时，select需要遍历所有句柄才能获取到哪些句柄有事件通知，因此效率是非常低。但是如果连接很少的情况下， select和epoll的LT触发模式相比， 性能上差别不大。

这里要多说一句，select支持的句柄数是有限制的， 同时只支持1024个，这个是句柄集合限制的，如果超过这个限制，很可能导致溢出，而且非常不容易发现问题， TAF就出现过这个问题， 调试了n天，才发现：）当然可以通过修改linux的socket内核调整这个参数。

epoll的特点：epoll对于句柄事件的选择不是遍历的，是事件响应的，就是句柄上事件来就马上选择出来，不需要遍历整个句柄链表，因此效率非常高，内核将句柄用红黑树保存的。

对于epoll而言还有ET和LT的区别，LT表示水平触发，ET表示边缘触发，两者在性能以及代码实现上差别也是非常大的。

epoll的LT和ET的区别

LT：水平触发，效率会低于ET触发，尤其在大并发，大流量的情况下。但是LT对代码编写要求比较低，不容易出现问题。LT模式服务编写上的表现是：只要有数据没有被获取，内核就不断通知你，因此不用担心事件丢失的情况。

ET：边缘触发，效率非常高，在并发，大流量的情况下，会比LT少很多epoll的系统调用，因此效率高。但是对编程要求高，需要细致的处理每个请求，否则容易发生丢失事件的情况。

下面举一个列子来说明LT和ET的区别（都是非阻塞模式，阻塞就不说了，效率太低）：

采用LT模式下， 如果accept调用有返回就可以马上建立当前这个连接了，再epoll_wait等待下次通知，和select一样。

但是对于ET而言，如果accpet调用有返回，除了建立当前这个连接外，不能马上就epoll_wait还需要继续循环accpet，直到返回-1，且errno==EAGAIN，TAF里面的示例代码：

if(ev.events & EPOLLIN)
{
    do
    {
        struct sockaddr_in stSockAddr;
        socklen_t iSockAddrSize = sizeof(sockaddr_in);
        TC_Socket cs;
        cs.setOwner(false);
        //接收连接
        TC_Socket s;
        s.init(fd, false, AF_INET);
        int iRetCode = s.accept(cs, (struct sockaddr *) &stSockAddr, iSockAddrSize);
        if (iRetCode > 0)
        {
            ...建立连接
        }
        else
        {
            //直到发生EAGAIN才不继续accept
            if(errno == EAGAIN)
            {
                break;
            }
        }
    }while(true);
}

 

同样，recv/send等函数， 都需要到errno==EAGAIN

从本质上讲：与LT相比，ET模型是通过减少系统调用来达到提高并行效率的。

epoll ET详解

ET模型的逻辑：内核的读buffer有内核态主动变化时，内核会通知你， 无需再去mod。写事件是给用户使用的，最开始add之后，内核都不会通知你了，你可以强制写数据（直到EAGAIN或者实际字节数小于 需要写的字节数），当然你可以主动mod OUT，此时如果句柄可以写了（send buffer有空间），内核就通知你。

这里内核态主动的意思是：内核从网络接收了数据放入了读buffer（会通知用户IN事件，即用户可以recv数据）

并且这种通知只会通知一次，如果这次处理（recv）没有到刚才说的两种情况（EAGIN或者实际字节数小于 需要读写的字节数），则该事件会被丢弃，直到下次buffer发生变化。

与LT的差别就在这里体现，LT在这种情况下，事件不会丢弃，而是只要读buffer里面有数据可以让用户读，则不断的通知你。

另外对于ET而言，当然也不一定非send/recv到前面所述的结束条件才结束，用户可以自己随时控制，即用户可以在自己认为合适的时候去设置IN和OUT事件：

1 如果用户主动epoll_mod OUT事件，此时只要该句柄可以发送数据（发送buffer不满），则epoll

_wait就会响应（有时候采用该机制通知epoll_wai醒过来）。

2 如果用户主动epoll_mod IN事件，只要该句柄还有数据可以读，则epoll_wait会响应。

这种逻辑在普通的服务里面都不需要，可能在某些特殊的情况需要。 但是请注意，如果每次调用的时候都去epoll mod将显著降低效率，已经吃过几次亏了！

因此采用et写服务框架的时候，最简单的处理就是：

建立连接的时候epoll_add IN和OUT事件， 后面就不需要管了

每次read/write的时候，到两种情况下结束：

1 发生EAGAIN

2 read/write的实际字节数小于 需要读写的字节数

对于第二点需要注意两点：

A：如果是UDP服务，处理就不完全是这样，必须要recv到发生EAGAIN为止，否则就丢失事件了

因为UDP和TCP不同，是有边界的，每次接收一定是一个完整的UDP包，当然recv的buffer需要至少大于一个UDP包的大小

随便再说一下，一个UDP包到底应该多大？

对于internet，由于MTU的限制，UDP包的大小不要超过576个字节，否则容易被分包，对于公司的IDC环境，建议不要超过1472，否则也比较容易分包。

B 如果发送方发送完数据以后，就close连接，这个时候如果recv到数据是实际字节数小于读写字节数，根据开始所述就认为到EAGIN了从而直接返回，等待下一次事件，这样是有问题的，close事件丢失了！

因此如果依赖这种关闭逻辑的服务，必须接收数据到EAGIN为止，例如lb。

本文收集自：

Vimer的程序世界

http://www.vimer.cn/2009/10/epoll%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E8%AF%A6%E8%A7%A3.html