epoll学习（一）

Epoll是当前Linux下开发大规模并发程序设计的热门选择，Epoll在Linux2.6内核引入，和select相似，其实都是I/O多路复用技术。

select , poll 模型：
1：最大并发数限制，因为一个进程打开文件描述符是有限制的，由FD_SETSIZE限制。

2：效率问题，select每次调用都会线性扫描全部的文件描述符集合，这样效率就会线性下降。

3：内核/用户空间内存拷贝问题，select采用内存拷贝方法。

Epoll :

1:epoll支持的文件描述符上限是最大可以打开文件数目，这个数字远大于2048，具体数目可到cat /proc/sys/fs/file-max查看。

2：效率提升，Epoll最大的优点它只管活跃的连接，而跟连接总数无关，，因此在实际网络，Epoll效率远高于select和poll。

3：使用mmap加速内核与用户空间的消息传递，通过内核与用户空间映射同一块内存实现。 

select每次调用时都要传递你所要监控所有socket给select系统调用，这意味着将用户态socket列表cpoy到内核态，如果很多句柄会导致每次都要copy几十或几百kb内存到内核，非常低效，而我们调用epoll时就相当于以往调用select/poll，但这时并不传递socket句柄给内核，因为内核已经在epoll_ctl（）拿到了要监控的列表。所以在调用epoll_create后内存已经帮你储存要监控的描述符，每次调用epoll_ctl只是往数据结构添加新的描述符，调用epoll_wait收集发生事件的连接。

epoll相关系统调用:

epoll只有epoll_create，epoll_ctl，epoll_wait三个系统调用。

1. int epoll_create (int size) ;  epoll返回一个句柄，之后的epoll使用都将依靠这个句柄标识，参数size是告诉epoll所要处理大致事件数目，不再使用时，要close（），在Linux最新的内核版本size无任何意义。

2. int epoll_ctl (int epfd , int op , int fd , struct epoll_event *event) ;  向epoll对象添加、修改或删除事件，成功返回0，失败返回-1，第一个参数是epoll_create()返回值，第二个参数表示动作，由三个宏表示：

EPOLL_CTL_ADD: 注册新的fd事件到epoll中。

EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的epoll事件。

EPOLL_CTL_DEL：从epfd删除一个fd。

第三个参数是需要监听连接套接字。第四个参数是告诉epoll对什么样的事件监听，它使用了struct epoll_event。

struct epoll_event {

__uint32_t events ; //监听事件类型

epoll_data_t data ; //epoll_data集合

} ;

typedef  union epoll_data {

void *ptr ;

int fd ;

uint32_t u32 ;

uint64_t u64 ;

} epoll_data_t ;

events可以是以下几个宏组合：

EPOLLIN：表示对应的文件描述符可读。

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可写。

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急数据可读。

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符挂断。

EPOLLET：将触发方式设置为边缘出发（ET)，默认为水平触发（LT）。

EPOLLNESHOT：表示这个事件只处理一次，下次重新处理时需重新加入epoll。

int epoll_wait（int epfd , struct epoll_event *events , int maxevents , int timeout）

收集在epoll监控的事件已经发生的事件，如果epoll中没有任何一个事件发生，则最多等待timeout毫秒后返回，返回值表示当前发生事件个数，出错返回-1，第二个参数events是已经分配好空间的epoll_event结构体数组，epoll会把已经发生事件复制到events数组（events不可以是空指针，内核负责把事件相关信息复制到events数组，不会去帮助我们在用户态中分配内存）maxevents表示本次可以返回的最大事件数目，每次能处理的事件数，通常与预分配events数组大小相等，不能大于epoll_create()时的size。

epoll工作：epoll只通知那些就绪的FD，当调用epoll_wait()获得这些就绪FD，返回一个就绪描述符数量的值，用户只需去epoll指定的一个events数组获取相应位置的描述符，使用了内存映射mmap方法，节省系统调用开销。另外改进是epoll采用基于事件通知的就绪通知方式，当某个文件描述符就绪时，内核就会采用callback回调机制，当进程调用epoll_wait（）就会得到通知。

epoll有两种工作模式，LT（水平模式）和ET（边缘模式）。假如有这样一个例子：

1.我们已经把一个用来读取数据的FD添加到epoll描述符

2.这时候管道从另一段写入2KB数据

3.调用epoll_wait()，并且他会返回FD，说明他已经准备好读数据

4.然后读取1K数据

5.调用epoll_wait()。。。。。。。

边缘工作模式（ET）：

如果我们第一步把FD添加到epoll描述符的时候使用EPOLLET标志，那么在最后调用epoll_wait（）后将有可能挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区中，而且数据发出端还在等待一个针对已发出数据的反馈信息，只有在监视文件FD发生某个事件的时候ET工作模式才会报告此事件。因为在第5步，调用者可能会放弃等待仍存在于数据缓冲区的剩余数据。在上面例子中，会有一个事件产生在文件FD上，因为第2步执行写操作，然后事件将在第3步摧毁，因为第4步的读取操作没有读空文件缓冲区数据，因此在第5步调用epoll_wait（）后是否不一定挂起，epoll工作在ET模式，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件描述符的阻塞读/写操作把多个描述符操作饿死，最好以下面方式调用ET模式的epoll接口 1：基于非阻塞的文件描述符 2：只有当read（）或write（）返回EAGAIN才需要挂起，等待。但这并不是说每次read（）都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此事件处理完成，当read（）返回读到数据长度小于请求数据长度时，就可以确定此缓冲区没有数据，此事件已经处理完成。

水平工作模式（LT）：

缺省工作模式，并且同时支持block和non-block状态，内核会告诉你一个文件描述符是否就绪，然后对就绪的fd进行IO操作，如果不做任何操作，内核还会通知，所以这种模式出错可能性较小。

ET模式的效率要比LT模式效率要高，它只支持非阻塞套接字。ET模式和LT模式区别在于，当一个新的时间到来时，ET模式当然可以从epoll_wait（）获取到该事件，可是如果这次没有把这事件对应套接字缓冲区处理完，在这个套接字没有新的事件到来时，ET模式无法从epoll_wait调用中获取事件，而LT相反，只要一个事件对应套接字缓冲区还有数据，就能从epoll_wait获取这个事件。因此，在LT模式下开发epoll应用简单，而在ET模式下事件发生时，如果没有彻底将缓冲区数据处理完，而会导致缓冲区内的用户请求得不到响应，默认情况，Nginx通过ET使用epoll。