epoll

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。