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为什么 Nginx 的性能要比 Apache 高很多?这得益于 Nginx 使用了最新的 epoll(Linux 2.6 内核)和 kqueue(freebsd)网络 I / O 模型,而 Apache 则使用的是传统的 select 模型。
目前 Linux 下能够承受高并发访问的 Squid、Memcached 都采用的是 epoll 网络 I / O 模型。
处理大量的连接的读写,Apache 所采用的 select 网络 I / O 模型非常低效。
下面用一个比喻来解析 Apache 采用的 select 模型和 Nginx 采用的 epoll 模型进行之间的区别:
假设你在大学读书,住的宿舍楼有很多间房间,你的朋友要来找你。
select 版宿管大妈就会带着你的朋友挨个房间去找,直到找到你为止。
而 epoll 版宿管大妈会先记下每位同学的房间号,
你的朋友来时,只需告诉你的朋友你住在哪个房间即可,不用亲自带着你的朋友满大楼找人。
如果来了 10000 个人,都要找自己住这栋楼的同学时,select 版和 epoll 版宿管大妈,谁的效率更高,不言自明。
同理,在高并发服务器中,轮询 I / O 是最耗时间的操作之一,select 和 epoll 的性能谁的性能更高,同样十分明了。
1 | epoll - I /O event notification facility |
在 linux 的网络编程中,很长的时间都在使用 select 来做事件触发。
在 linux 新的内核中,有了一种替换它的机制,就是 epoll。
相比于 select,epoll 最大的好处在于它不会随着监听 fd 数目的增长而降低效率。
因为在内核中的 select 实现中,它是采用轮询来处理的,轮询的 fd 数目越多,自然耗时越多。
并且,在 linux/posix_types.h 头文件有这样的声明:
1 | #define __FD_SETSIZE 1024 |
表示 select 最多同时监听 1024 个 fd,当然,可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目,但这似乎并不治本。
epoll 的接口非常简单,一共就三个函数:
1. int epoll_create(int size);
创建一个 epoll 的句柄,size 用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。
这个参数不同于 select()中的第一个参数,给出最大监听的 fd+ 1 的值。
需要注意的是,当创建好 epoll 句柄后,它就是会占用一个 fd 值,在 linux 下如果查看 /proc/ 进程 id/fd/,
是能够看到这个 fd 的,所以在使用完 epoll 后,必须调用 close()关闭,否则可能导致 fd 被耗尽。
2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll 的事件注册函数,它不同与 select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,
而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是 epoll_create()的返回值,
第二个参数表示动作,用三个宏来表示:
EPOLL_CTL_ADD:注册新的 fd 到 epfd 中;
EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的 fd 的监听事件;
EPOLL_CTL_DEL:从 epfd 中删除一个 fd;
第三个参数是需要监听的 fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event 结构如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; __uint32_t u32; __uint64_t u64; } epoll_data_t; struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */ }; |
events 可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN:表示对应的文件描述符可以读(包括对端 SOCKET 正常关闭);
EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);
EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;
EPOLLET:将 EPOLL 设为边缘触发 (Edge Triggered) 模式,这是相对于水平触发 (Level Triggered) 来说的。
EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,
如果还需要继续监听这个 socket 的话,需要再次把这个 socket 加入到 EPOLL 队列里
3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生,类似于 select()调用。
参数 events 用来从内核得到事件的集合,maxevents 告之内核这个 events 有多大,这个 maxevents 的值不能大于创建 epoll_create()时的 size,参数 timeout 是超时时间(毫秒,0 会立即返回,- 1 将不确定,也有说法说是永久阻塞)。
该函数返回需要处理的事件数目,如返回 0 表示已超时。
4、关于 ET、LT 两种工作模式:
可以得出这样的结论:
ET 模式仅当状态发生变化的时候才获得通知, 这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说, 如果要采用 ET 模式, 需要一直 read/write 直到出错为止,很多人反映为什么采用 ET 模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而 LT 模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的。
那么究竟如何来使用 epoll 呢?其实非常简单。
通过在包含一个头文件 #include <sys/epoll.h> 以及几个简单的 API 将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。
首先通过 create_epoll(int maxfds)来创建一个 epoll 的句柄,其中 maxfds 为你 epoll 所支持的最大句柄数。
这个函数会返回一个新的 epoll 句柄,之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。
在用完之后,记得用 close()来关闭这个创建出来的 epoll 句柄。
之后在你的网络主循环里面,每一帧的调用 epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口,看哪一个可以读,哪一个可以写了。基本的语法为:
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中 kdpfd 为用 epoll_create 创建之后的句柄,events 是一个 epoll_event* 的指针,当 epoll_wait 这个函数操作成功之后,epoll_events 里面将储存所有的读写事件。
max_events 是当前需要监听的所有 socket 句柄数。最后一个 timeout 是 epoll_wait 的超时,为 0 的时候表示马上返回,为 - 1 的时候表示一直等下去,直到有事件范围,为任意正整数的时候表示等这么长的时间,如果一直没有事件,则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话,可以用 - 1 来等,这样可以保证一些效率,如果是和主逻辑在同一个线程的话,则可以用 0 来保证主循环的效率。
epoll_wait 范围之后应该是一个循环,遍利所有的事件。
几乎所有的 epoll 程序都使用下面的框架:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 | for (; ;) { nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500); for (i=0;i<nfds;++i) { if (events[i].data.fd==listenfd) // 有新的连接 { connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept 这个连接 ev.data.fd=connfd; ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); // 将新的 fd 添加到 epoll 的监听队列中 } else if (events[i].events&EPOLLIN ) // 接收到数据,读 socket { n = read (sockfd, line, MAXLINE)) < 0 // 读 ev.data.ptr = md; //md 为自定义类型,添加数据 ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET; epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); // 修改标识符,等待下一个循环时发送数据,异步处理的精髓 } else if (events[i].events&EPOLLOUT) // 有数据待发送,写 socket { struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr; // 取数据 sockfd = md->fd; send(sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 ); // 发送数据 ev.data.fd=sockfd; ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); // 修改标识符,等待下一个循环时接收数据 } else { // 其他的处理 } } } |
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