epoll/kqueue
服务器的特点是经常维护着大量连接,但其中某一时刻读写的操作符数量却不多。epoll先通过epoll_ctl注册一个描述符到内核中,并一直维护着而不像poll每次操作都将所有要监控的描述符传递给内核;在描述符读写就绪时,通过回掉函数将自己加入就绪队列中,之后epoll_wait返回该就绪队列。也就是说,epoll基本不做无用的操作,时间复杂度仅与活跃的客户端数有关,而不会随着描述符数目的增加而下降。
select不足与epoll中的改进
select与poll问题的关键在于无状态。对于每一次系统调用,内核不会记录下任何信息,所以每次调用都需要重复传递相同信息。总结而言,select/poll模型存在的问题即是每次调用select,都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,这个开销在fd很多时会很大并且每次都需要在内核遍历传递进来的所有的fd,这个开销在fd很多时候也很大。讨论epoll对于select/poll改进的时候,epoll和select和poll的调用接口上的不同,select和poll都只提供了一个函数——select或者poll函数。而epoll提供了三个函数,epoll_create,epoll_ctl和epoll_wait,epoll_create是创建一个epoll句柄;epoll_ctl是注册要监听的事件类型;epoll_wait则是等待事件的产生。对于上面所说的select/poll的缺点,主要是在epoll_ctl中解决的,每次注册新的事件到epoll句柄中时(在epoll_ctl中指定EPOLL_CTL_ADD),会把所有的fd拷贝进内核,而不是在epoll_wait的时候重复拷贝。epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。epoll的解决方案不像select或poll一样每次都把current轮流加入fd对应的设备等待队列中,而只在epoll_ctl时把current挂一遍(这一遍必不可少)并为每个fd指定一个回调函数,当设备就绪,唤醒等待队列上的等待者时,就会调用这个回调函数,而这个回调函数会 把就绪的fd加入一个就绪链表)。epoll_wait的工作实际上就是在这个就绪链表中查看有没有就绪的fd(利用schedule_timeout()实现睡一会,判断一会的效果,和select实现中的第7步是类似的)。
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select,poll实现需要自己不断轮询所有fd集合,直到设备就绪,期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表,期间也可能多次睡眠和唤醒交替,但是它是设备就绪时,调用回调函数,把就绪fd放入就绪链表中,并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替,但是select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合,而epoll在“醒着”的时候只要判断一下就绪链表是否为空就行了,这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制带来的性能提升。
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select,poll每次调用都要把fd集合从用户态往内核态拷贝一次,并且要把current往设备等待队列中挂一次,而epoll只要一次拷贝,而且把current往等待队列上挂也只挂一次(在epoll_wait的开始,注意这里的等待队列并不是设备等待队列,只是一个epoll内部定义的等待队列)。这也能节省不少的开销。