本文轉(zhuǎn)自：http://my.oschina.net/dclink/blog/287198

首先我們來定義流的概念，一個流可以是文件，socket，pipe等等可以進行I/O操作的內(nèi)核對象。

? ? 不管是文件，還是套接字，還是管道，我們都可以把他們看作流。

? ? 之后我們來討論I/O的操作，通過read，我們可以從流中讀入數(shù)據(jù)；通過write，我們可以往流寫入數(shù)據(jù)。現(xiàn)在假定一個情形，我們需要從流中讀數(shù)據(jù)，但是流中還沒有數(shù)據(jù)，（典型的例子為，客戶端要從socket讀如數(shù)據(jù)，但是服務(wù)器還沒有把數(shù)據(jù)傳回來），這時候該怎么辦？

阻塞：阻塞是個什么概念呢？比如某個時候你在等快遞，但是你不知道快遞什么時候過來，而且你沒有別的事可以干（或者說接下來的事要等快遞來了才能做）；那么你可以去睡覺了，因為你知道快遞把貨送來時一定會給你打個電話（假定一定能叫醒你）。

非阻塞忙輪詢：接著上面等快遞的例子，如果用忙輪詢的方法，那么你需要知道快遞員的手機號，然后每分鐘給他掛個電話：“你到了沒？”

? ? 很明顯一般人不會用第二種做法，不僅顯很無腦，浪費話費不說，還占用了快遞員大量的時間。

? ? 大部分程序也不會用第二種做法，因為第一種方法經(jīng)濟而簡單，經(jīng)濟是指消耗很少的CPU時間，如果線程睡眠了，就掉出了系統(tǒng)的調(diào)度隊列，暫時不會去瓜分CPU寶貴的時間片了。

? ? 為了了解阻塞是如何進行的，我們來討論緩沖區(qū)，以及內(nèi)核緩沖區(qū)，最終把I/O事件解釋清楚。緩沖區(qū)的引入是為了減少頻繁I/O操作而引起頻繁的系統(tǒng)調(diào)用（你知道它很慢的），當你操作一個流時，更多的是以緩沖區(qū)為單位進行操作，這是相對于用戶空間而言。對于內(nèi)核來說，也需要緩沖區(qū)。

假設(shè)有一個管道，進程A為管道的寫入方，Ｂ為管道的讀出方。

假設(shè)一開始內(nèi)核緩沖區(qū)是空的，B作為讀出方，被阻塞著。然后首先A往管道寫入，這時候內(nèi)核緩沖區(qū)由空的狀態(tài)變到非空狀態(tài)，內(nèi)核就會產(chǎn)生一個事件告訴Ｂ該醒來了，這個事件姑且稱之為“緩沖區(qū)非空”。

? ? 但是“緩沖區(qū)非空”事件通知B后，B卻還沒有讀出數(shù)據(jù)；且內(nèi)核許諾了不能把寫入管道中的數(shù)據(jù)丟掉這個時候，Ａ寫入的數(shù)據(jù)會滯留在內(nèi)核緩沖區(qū)中，如果內(nèi)核也緩沖區(qū)滿了，B仍未開始讀數(shù)據(jù)，最終內(nèi)核緩沖區(qū)會被填滿，這個時候會產(chǎn)生一個I/O事件，告訴進程A，你該等等（阻塞）了，我們把這個事件定義為“緩沖區(qū)滿”。

假設(shè)后來Ｂ終于開始讀數(shù)據(jù)了，于是內(nèi)核的緩沖區(qū)空了出來，這時候內(nèi)核會告訴A，內(nèi)核緩沖區(qū)有空位了，你可以從長眠中醒來了，繼續(xù)寫數(shù)據(jù)了，我們把這個事件叫做“緩沖區(qū)非滿”

? ? 也許事件Y1已經(jīng)通知了A，但是A也沒有數(shù)據(jù)寫入了，而Ｂ繼續(xù)讀出數(shù)據(jù)，知道內(nèi)核緩沖區(qū)空了。這個時候內(nèi)核就告訴B，你需要阻塞了！，我們把這個時間定為“緩沖區(qū)空”。

這四個情形涵蓋了四個I/O事件，緩沖區(qū)滿，緩沖區(qū)空，緩沖區(qū)非空，緩沖區(qū)非滿（注都是說的內(nèi)核緩沖區(qū)，且這四個術(shù)語都是我生造的，僅為解釋其原理而造）。這四個I/O事件是進行阻塞同步的根本。（如果不能理解“同步”是什么概念，請學習操作系統(tǒng)的鎖，信號量，條件變量等任務(wù)同步方面的相關(guān)知識）。

? ? 然后我們來說說阻塞I/O的缺點。但是阻塞I/O模式下，一個線程只能處理一個流的I/O事件。如果想要同時處理多個流，要么多進程(fork)，要么多線程(pthread_create)，很不幸這兩種方法效率都不高。

? ? 于是再來考慮非阻塞忙輪詢的I/O方式，我們發(fā)現(xiàn)我們可以同時處理多個流了（把一個流從阻塞模式切換到非阻塞模式再此不予討論）：

[cpp]?view plaincopy

<span?style="font-family:Arial,?Helvetica,?sans-serif;background-color:rgb(255,255,255);"></span>??

[cpp]?view plaincopy

while?true?{??

????for?i?in?stream[];?{??

????????if?i?has?data??

????????????read?until?unavailable??

????}??

}??

[cpp]?view plaincopy

<span?style="font-family:Arial,?Helvetica,?sans-serif;background-color:rgb(255,255,255);">????我們只要不停的把所有流從頭到尾問一遍，又從頭開始。這樣就可以處理多個流了，但這樣的做法顯然不好，因為如果所有的流都沒有數(shù)據(jù)，那么只會白白浪費CPU。這里要補充一點，阻塞模式下，內(nèi)核對于I/O事件的處理是阻塞或者喚醒，而非阻塞模式下則把I/O事件交給其他對象（后文介紹的select以及epoll）處理甚至直接忽略。</span>??

? ? 為了避免CPU空轉(zhuǎn)，可以引進了一個代理（一開始有一位叫做select的代理，后來又有一位叫做poll的代理，不過兩者的本質(zhì)是一樣的）。這個代理比較厲害，可以同時觀察許多流的I/O事件，在空閑的時候，會把當前線程阻塞掉，當有一個或多個流有I/O事件時，就從阻塞態(tài)中醒來，于是我們的程序就會輪詢一遍所有的流（于是我們可以把“忙”字去掉了）。代碼長這樣:

[cpp]?view plaincopy

??

[cpp]?view plaincopy

while?true?{??

????select(streams[])??

????for?i?in?streams[]?{??

????????if?i?has?data??

????????????read?until?unavailable??

????}??

}??

? ? 于是，如果沒有I/O事件產(chǎn)生，我們的程序就會阻塞在select處。但是依然有個問題，我們從select那里僅僅知道了，有I/O事件發(fā)生了，但卻并不知道是那幾個流（可能有一個，多個，甚至全部），我們只能無差別輪詢所有流，找出能讀出數(shù)據(jù)，或者寫入數(shù)據(jù)的流，對他們進行操作。

? ? 但是使用select，我們有O(n)的無差別輪詢復(fù)雜度，同時處理的流越多，沒一次無差別輪詢時間就越長。再次

說了這么多，終于能好好解釋epoll了

? ? epoll可以理解為event poll，不同于忙輪詢和無差別輪詢，epoll之會把哪個流發(fā)生了怎樣的I/O事件通知我們。此時我們對這些流的操作都是有意義的。（復(fù)雜度降低到了O(1)）

? ? 在討論epoll的實現(xiàn)細節(jié)之前，先把epoll的相關(guān)操作列出：

epoll_create 創(chuàng)建一個epoll對象，一般epollfd = epoll_create()

epoll_ctl （epoll_add/epoll_del的合體），往epoll對象中增加/刪除某一個流的某一個事件

比如

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, socket, EPOLLIN);//注冊緩沖區(qū)非空事件，即有數(shù)據(jù)流入

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, socket, EPOLLOUT);//注冊緩沖區(qū)非滿事件，即流可以被寫入

epoll_wait(epollfd,...)等待直到注冊的事件發(fā)生

（注：當對一個非阻塞流的讀寫發(fā)生緩沖區(qū)滿或緩沖區(qū)空，write/read會返回-1，并設(shè)置errno=EAGAIN。而epoll只關(guān)心緩沖區(qū)非滿和緩沖區(qū)非空事件）。

一個epoll模式的代碼大概的樣子是：

[cpp]?view plaincopy

??

[cpp]?view plaincopy

while?true?{??

????active_stream[]?=?epoll_wait(epollfd)??

????for?i?in?active_stream[]?{??

????????read?or?write?till??

????}??

}??

? ? 限于篇幅，我只說這么多，以揭示原理性的東西，至于epoll的使用細節(jié)，請參考man和google，實現(xiàn)細節(jié)，請參閱linux kernel source。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的关于epoll的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。