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I/O多路转接—epoll的笔记

2019年04月24日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2423字 ⁄ 字号 评论关闭

epoll的优点:

1.支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
select 最不能忍受的是一个进程所打开的FD是有一定限制的,由FD_SETSIZE设置,默认值是2048。对于那些需要支持的上万连接数目的IM服务器来说显 然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译内核,不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降,二是可以选择多进程的解决方案(传统的 Apache方案),不过虽然linux上面创建进程的代价比较小,但仍旧是不可忽视的,加上进程间数据同步远比不上线程间同步的高效,所以也不是一种完 美的方案。不过 epoll则没有这个限制,它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是10万左
右,具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。

2.IO效率不随FD数目增加而线性下降
传统的select/poll 另一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合,不过由于 网络延时,任一时间只有部分的socket是"活跃"的,但是select/poll 每次调用都会线性扫描全部的 集合,导致效率呈现线性下降。但是epoll不存在这个问题,它只会对"活跃"的socket进行操作---这是因为在内核实现中epoll是根据每个 fd上面的callback函数实现的。那么,只有"活跃"的socket才会主动的去调用 callback函数,其他idle状态socket则不会,在这点上,epoll实现了一个"伪"AIO,因为这时候推动力在os内核。在一些
benchmark中,如果所有的socket基本上都是活跃的---比如一个高速LAN环境,epoll并不比select/poll 有什么效率,相反,如果过多使用epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率就远在select/poll之上了。

3.使用mmap加速内核与用户 空间的消息传递。
这点实际上涉及到epoll的具体实现了。无论是select,poll还是epoll都需要内核把 FD消息通知给用户空间,如何避免不必要的内存拷贝就很重要,在这点上,epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的。而如果你想我一样从 2.5内核就关注epoll的话,一定不会忘记手工 mmap这一步的。

4.内核微调
这一点其实不算epoll的优点了,而是整个linux平台的优点。也许你可以怀疑linux平台,但是你无法回避linux平台赋予你微调内核的能力。 比如,内核TCP/IP协议栈使用内存池管理sk_buff结构,那么可以在运行时期动态调整这个内存pool(skb_head_pool)的大小 --- 通过echo XXXX>/proc/sys/net/core/hot_list_length完成。再比如listen函数的第2个参数(TCP完成3次握手 的数据包队列长度),也可以根据你平台内存大小动态调整。更甚至在一个数据包面数目巨大但同时每个数据包本身大小却很小的特殊系统上尝试最新的NAPI网卡驱动架构。

多路复用的方式是真正实用的服务器程序,非多路复用的网络程序只能作为学习或着陪测的角色。

相对于select,epoll的优势是其监听fd数目更大,处理事件更高效(不需要遍历所有fd)。

主要的API:

1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄,size表示监听的数目。

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数。
epfd:由epoll_create生成的epoll专用的文件描述符;
op:注册的事件,可能取值:EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_DEL
fd:fd:监听的文件描述符
event:指向epoll_event的指针

struct epoll_event {
__uint32_t events;
epoll_data_t data;
};

events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件

3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
epoll的事件等待函数。
epfd:由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符;
events:用于回传事件的数组;
maxevents:事件数组的长度;
timeout:等待I/O事件发生的超时值;

其他:

LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket。在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你 的,传统的select/poll都是这种模型的代表.

ET(edge-triggered) 是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述 符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了。

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