開發(fā)高性能網(wǎng)絡(luò)程序時，windows開發(fā)者們言必稱iocp，linux開發(fā)者們則言必稱epoll。大家都明白epoll是一種IO多路復(fù)用技術(shù)，可以非常高效的處理數(shù)以百萬計的socket句柄，比起以前的select和poll效率高大發(fā)了。我們用起epoll來都感覺挺爽，確實快，那么，它到底為什么可以高速處理這么多并發(fā)連接呢？

先簡單回顧下如何使用C庫封裝的3個epoll系統(tǒng)調(diào)用吧。

int?epoll_create(int?size);??

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

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

使用起來很清晰，首先要調(diào)用epoll_create建立一個epoll對象。參數(shù)size是內(nèi)核保證能夠正確處理的最大句柄數(shù)，多于這個最大數(shù)時內(nèi)核可不保證效果。

epoll_ctl可以操作上面建立的epoll，例如，將剛建立的socket加入到epoll中讓其監(jiān)控，或者把 epoll正在監(jiān)控的某個socket句柄移出epoll，不再監(jiān)控它等等。

epoll_wait在調(diào)用時，在給定的timeout時間內(nèi)，www.linuxidc.com?當(dāng)在監(jiān)控的所有句柄中有事件發(fā)生時，就返回用戶態(tài)的進(jìn)程。

從上面的調(diào)用方式就可以看到epoll比select/poll的優(yōu)越之處：因為后者每次調(diào)用時都要傳遞你所要監(jiān)控的所有socket給select/poll系統(tǒng)調(diào)用，這意味著需要將用戶態(tài)的socket列表copy到內(nèi)核態(tài)，如果以萬計的句柄會導(dǎo)致每次都要copy幾十幾百KB的內(nèi)存到內(nèi)核態(tài)，非常低效。而我們調(diào)用epoll_wait時就相當(dāng)于以往調(diào)用select/poll，但是這時卻不用傳遞socket句柄給內(nèi)核，因為內(nèi)核已經(jīng)在epoll_ctl中拿到了要監(jiān)控的句柄列表。

所以，實際上在你調(diào)用epoll_create后，內(nèi)核就已經(jīng)在內(nèi)核態(tài)開始準(zhǔn)備幫你存儲要監(jiān)控的句柄了，每次調(diào)用epoll_ctl只是在往內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里塞入新的socket句柄。

在內(nèi)核里，一切皆文件。所以，epoll向內(nèi)核注冊了一個文件系統(tǒng)，用于存儲上述的被監(jiān)控socket。當(dāng)你調(diào)用epoll_create時，就會在這個虛擬的epoll文件系統(tǒng)里創(chuàng)建一個file結(jié)點。當(dāng)然這個file不是普通文件，它只服務(wù)于epoll。

epoll在被內(nèi)核初始化時（操作系統(tǒng)啟動），同時會開辟出epoll自己的內(nèi)核高速cache區(qū)，用于安置每一個我們想監(jiān)控的socket，這些socket會以紅黑樹的形式保存在內(nèi)核cache里，以支持快速的查找、插入、刪除。這個內(nèi)核高速cache區(qū)，就是建立連續(xù)的物理內(nèi)存頁，然后在之上建立slab層，簡單的說，就是物理上分配好你想要的size的內(nèi)存對象，每次使用時都是使用空閑的已分配好的對象。

static?int?__init?eventpoll_init(void)??

{??

????...?...??

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????/*?Allocates?slab?cache?used?to?allocate?"struct?epitem"?items?*/??

????epi_cache?=?kmem_cache_create("eventpoll_epi",?sizeof(struct?epitem),??

????????????0,?SLAB_HWCACHE_ALIGN|EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC,??

????????????NULL,?NULL);??

??

????/*?Allocates?slab?cache?used?to?allocate?"struct?eppoll_entry"?*/??

????pwq_cache?=?kmem_cache_create("eventpoll_pwq",??

????????????sizeof(struct?eppoll_entry),?0,??

????????????EPI_SLAB_DEBUG|SLAB_PANIC,?NULL,?NULL);??

??

?...?...????

epoll的高效就在于，當(dāng)我們調(diào)用epoll_ctl往里塞入百萬個句柄時，epoll_wait仍然可以飛快的返回，并有效的將發(fā)生事件的句柄給我們用戶。這是由于我們在調(diào)用epoll_create時，內(nèi)核除了幫我們在epoll文件系統(tǒng)里建了個file結(jié)點，在內(nèi)核cache里建了個紅黑樹用于存儲以后epoll_ctl傳來的socket外，還會再建立一個list鏈表，用于存儲準(zhǔn)備就緒的事件，當(dāng)epoll_wait調(diào)用時，僅僅觀察這個list鏈表里有沒有數(shù)據(jù)即可。有數(shù)據(jù)就返回，沒有數(shù)據(jù)就sleep，等到timeout時間到后即使鏈表沒數(shù)據(jù)也返回。所以，epoll_wait非常高效。

而且，通常情況下即使我們要監(jiān)控百萬計的句柄，大多一次也只返回很少量的準(zhǔn)備就緒句柄而已，所以，epoll_wait僅需要從內(nèi)核態(tài)copy少量的句柄到用戶態(tài)而已，如何能不高效？！

那么，這個準(zhǔn)備就緒list鏈表是怎么維護(hù)的呢？當(dāng)我們執(zhí)行epoll_ctl時，除了把socket放到epoll文件系統(tǒng)里file對象對應(yīng)的紅黑樹上之外，還會給內(nèi)核中斷處理程序注冊一個回調(diào)函數(shù)，告訴內(nèi)核，如果這個句柄的中斷到了，就把它放到準(zhǔn)備就緒list鏈表里。所以，當(dāng)一個socket上有數(shù)據(jù)到了，內(nèi)核在把網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)copy到內(nèi)核中后就來把socket插入到準(zhǔn)備就緒鏈表里了。

如此，一顆紅黑樹，一張準(zhǔn)備就緒句柄鏈表，少量的內(nèi)核cache，就幫我們解決了大并發(fā)下的socket處理問題。執(zhí)行epoll_create時，創(chuàng)建了紅黑樹和就緒鏈表，執(zhí)行epoll_ctl時，如果增加socket句柄，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則添加到樹干上，然后向內(nèi)核注冊回調(diào)函數(shù)，用于當(dāng)中斷事件來臨時向準(zhǔn)備就緒鏈表中插入數(shù)據(jù)。執(zhí)行epoll_wait時立刻返回準(zhǔn)備就緒鏈表里的數(shù)據(jù)即可。

最后看看epoll獨(dú)有的兩種模式LT和ET。無論是LT和ET模式，都適用于以上所說的流程。區(qū)別是，LT模式下，只要一個句柄上的事件一次沒有處理完，會在以后調(diào)用epoll_wait時次次返回這個句柄，而ET模式僅在第一次返回。

這件事怎么做到的呢？當(dāng)一個socket句柄上有事件時，內(nèi)核會把該句柄插入上面所說的準(zhǔn)備就緒list鏈表，這時我們調(diào)用epoll_wait，會把準(zhǔn)備就緒的socket拷貝到用戶態(tài)內(nèi)存，然后清空準(zhǔn)備就緒list鏈表，最后，epoll_wait干了件事，就是檢查這些socket，如果不是ET模式（就是LT模式的句柄了），并且這些socket上確實有未處理的事件時，又把該句柄放回到剛剛清空的準(zhǔn)備就緒鏈表了。所以，非ET的句柄，只要它上面還有事件，epoll_wait每次都會返回。而ET模式的句柄，除非有新中斷到，即使socket上的事件沒有處理完，也是不會次次從epoll_wait返回的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux下epoll如何实现高效处理百万句柄的的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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