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epoll的原理和使用方法
设想一个场景:有100万用户同一时候与一个进程保持着TCP连接,而每个时刻仅仅有几十个或几百个TCP连接时活跃的(接收到TCP包),也就是说,在每一时刻,进程值须要处理这100万连接中的一小部分连接。那么,怎样才干高效地处理这样的场景呢?进程是否在每次询问操作系统收集有事件发生的TCP连接时,把这100万个连接告诉操作系统,然后由操作系统找出当中有事件发生的几百个连接呢?实际上,在Linux内核2.4版本号曾经,那时的select或者poll事件驱动方式就是这样做的。
这里有一个分厂明显的问题,即在某一时刻,进程收集有事件的连接时,事实上这100万连接中的大部分都是没有事件发生的。因此,假设每次收集事件时,都把这100万连接的套接字传给操作系统(这首先就是用户态内存到内核态内存的大量复制),而由操作系统内核寻找这些连接上有没有未处理的事件,将会是巨大的资源浪费,然而select和poll就是这样做的,因此他们最多仅仅能处理几千个并发连接。而epoll不这样做,他在linux内核中申请了一个简易的文件系统,把原先的一个select或者poll调用分成了3个部分:调用epoll_create建立1个epoll对象(在epoll文件系统中给这个句柄分配资源)、调用epoll_ctl向epoll对象中加入?这100万个连接的套接字、调用epoll_wati收集发生事件的连接。这样,仅仅须要在进程启动时建立1个epoll对象,并在须要的时候向它加入?或删除连接就能够了,因此,在实际收集事件时,epoll_wait的效率就会很高,由于调用epoll_wait时并没有向它传递着100万个连接,内核也不须要去遍历所有的连接。
介绍epoll是怎么处理这样的情况的
当某一个进程调用epoll_create方法时,linux内核会创建一个eventpoll结构体,这个结构体中有两个成员于epoll的使用方式密切相关,例如以下所看到的
struct eventpoll{
/*红黑树的跟节点,这棵树中存储着全部加入?到epoll中的事件,也就是这个epoll监控的事件*/
struct rb_root_rbr;
//双向链表tdllist保存着将要通过epoll_wait放回给用户的、满足条件的事件
struct list_head_rdllist;
}
每个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体,这个结构体会在内核空间中创造独立的内存,用于存储使用epoll_ctl方法想epoll对象中加入?进来的事件。这些事件都会挂到rbr红黑树中,这样,反复加入?的事件就能够通过红黑树而高效标示出来(epoll_ctl方法会非常快)。
全部加入?到epoll中的事件都会与设备(如网卡)驱动程序建立回调关系,也就是说,相应的事件发生时会调用这里的回调方法。这个回调方法在内核中叫做ep_epoll_callback,它会把这种事件放到上面的rdllist双向链表中。在epoll中,对于每个事件都会建立一个epitem结构体。这里包括每个事件相应着的信息。
当调用epoll_wait检查是否有发生事件的连接时,仅仅是检查eventpoll对象中的rdllist双向链表是否有epitem元素而已,假设rdllist链表不为空,则把这里的事件拷贝到用户态内存中,同一时候将时间数量返回给用户,因此,epoll_wait的效率很高,epoll_ctl在向epoll对象中加入?、改动。删除事件时,从rbr红黑树中查找事件也很快,也就是说,epoll是很高效的,它能够轻易地处理百万级的并发连接。