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epoll惊群原因分析

2024-09-19 12:12:15   223人阅读

考虑如下情况（实际一般不会做，这里只是举个例子）：
  1. 在主线程中创建一个socket、绑定到本地端口并监听
  2. 在主线程中创建一个epoll实例(epoll_create(2))
  3. 将监听socket添加到epoll中(epoll_ctl(2))
  4. 创建多个子线程，每个子线程都共享步骤2里创建的同一个epoll文件描述符，然后调用epoll_wait(2)等待事件到来accept(2)
  5. 请求到来，新连接建立

这里的问题就是，在第5步的时候，会有多少个线程被唤醒而从epoll_wait()调用返回？答案是不一定，可能只有一个，也可能有部分，也可能是全部。当然在多个线程都唤醒的情况下，只会有一个线程accept()调用会成功。

为何如此？从内核代码分析，原因如下：

在调用epoll_wait(2)的时候，设置的epoll的等待队列回调函数是default_wake_function，添加队列的时候调用的是__add_wait_queue_exclusive()。
ep_poll_callback()中唤醒操作调用的是wake_up_locked(&ep->wq)，最终会调用__wake_up_common，后者会判断exclusive标志：
static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
			int nr_exclusive, int wake_flags, void *key)
{
	wait_queue_t *curr, *next;

	list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) {
		unsigned flags = curr->flags;

		if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) &&
				(flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive)
			break;
	}
}

因为__wake_up_common()的调用是从wake_up_locked()开始的，__wake_up_common的各个参数值为：

  • q: struct eventpoll.wq
  • mode： TASK_NORMAL
  • nr_exclusive：1
  • wake_flags: 0
  • key:NULL。
局部变量curr的值可以通过epoll_wait()的源码得到，具体为：
  • curr->flags: WQ_FLAG_EXCLUSIVE
  • curr->func: default_wake_function
default_wake_function调用的是try_to_wake_up。而try_to_wake_up只有在要唤醒的进程状态不是TASK_NORMAL时才会返回0，TASK_NORMAL的定义是(TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE)。
因此__wake_up_common里的if条件会在第一次判断的时候就满足，唤醒一个进程后便返回了，那为什么实际测试会发现有多个进程被唤醒呢？
原因就在于这个唯一被唤醒的进程。
当某个等待在epoll实例上的进程被唤醒后，最终会进入到ep_scan_ready_list() 这个函数中，ep_scan_ready_list()会以回调方式调用ep_send_events_proc()来将数据复制到用户空间。而ep_scan_ready_list()函数在返回之前会再次判断epoll的就绪链表rdllist是否为空，如果不为空的话，就会再唤醒其他进程！下面就是ep_scan_ready_list()返回之前的判断操作：
	if (!list_empty(&ep->rdllist)) {
		/*
		 * Wake up (if active) both the eventpoll wait list and
		 * the ->poll() wait list (delayed after we release the lock).
		 */
		if (waitqueue_active(&ep->wq))
			wake_up_locked(&ep->wq);
		if (waitqueue_active(&ep->poll_wait))
			pwake++;
	}
而在水平触发方式下，从就绪链表中移出来的文件描述符，如果当前仍有事件就绪（可读、可写等），会在复制到用户空间后被再次添加到就绪链表中：
if (epi->event.events & EPOLLONESHOT)
	epi->event.events &= EP_PRIVATE_BITS;
else if (!(epi->event.events & EPOLLET)) {
	/*
	 * If this file has been added with Level
	 * Trigger mode, we need to insert back inside
	 * the ready list, so that the next call to
	 * epoll_wait() will check again the events
	 * availability. At this point, no one can insert
	 * into ep->rdllist besides us. The epoll_ctl()
	 * callers are locked out by
	 * ep_scan_ready_list() holding "mtx" and the
	 * poll callback will queue them in ep->ovflist.
	 */
	list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist);
	ep_pm_stay_awake(epi);
}
因此在水平触发模式下，被唤醒的进程又会去唤醒其他进程，除非当前事件已经被处理完或者所有进程都已经被唤醒（被唤醒的进程会从epoll等待队列上移除）。
 

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