Handler消息机制(一):Linux的epoll机制
在linux 没有实现epoll事件驱动机制之前,我们一般选择用select或者poll等IO多路复用的方法来实现并发服务程序。在linux新的内核中,有了一种替换它的机制,就是epoll。
select()和poll() IO多路复用模型
select的缺点:
- 单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制,通常是1024,当然可以更改数量,但由于select采用轮询的方式扫描文件描述符,文件描述符数量越多,性能越差;(在linux内核头文件中,有这样的定义:#define __FD_SETSIZE 1024)
- 内核 / 用户空间内存拷贝问题,select需要复制大量的句柄数据结构,产生巨大的开销;
- select返回的是含有整个句柄的数组,应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生了事件;
- select的触发方式是水平触发,应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作,那么之后每次select调用还是会将这些文件描述符通知进程。
相比select模型,poll使用链表保存文件描述符,因此没有了监视文件数量的限制,但其他三个缺点依然存在。
假设我们的服务器需要支持100万的并发连接,则在__FD_SETSIZE 为1024的情况下,则我们至少需要开辟1k个进程才能实现100万的并发连接。除了进程间上下文切换的时间消耗外,从内核/用户空间大量的无脑内存拷贝、数组轮询等,是系统难以承受的。因此,基于select模型的服务器程序,要达到10万级别的并发访问,是一个很难完成的任务。
epoll IO多路复用模型实现机制
由于epoll的实现机制与select/poll机制完全不同,上面所说的 select的缺点在epoll上不复存在。
设想一下如下场景:有100万个客户端同时与一个服务器进程保持着TCP连接。而每一时刻,通常只有几百上千个TCP连接是活跃的(事实上大部分场景都是这种情况)。如何实现这样的高并发?
在select/poll时代,服务器进程每次都把这100万个连接告诉操作系统(从用户态复制句柄数据结构到内核态),让操作系统内核去查询这些套接字上是否有事件发生,轮询完后,再将句柄数据复制到用户态,让服务器应用程序轮询处理已发生的网络事件,这一过程资源消耗较大,因此,select/poll一般只能处理几千的并发连接。
epoll的设计和实现与select完全不同。epoll通过在Linux内核中申请一个简易的文件系统(文件系统一般用什么数据结构实现?B+树)。把原先的select/poll调用分成了3个部分:
1)调用epoll_create()建立一个epoll对象(在epoll文件系统中为这个句柄对象分配资源)
2)调用epoll_ctl向epoll对象中添加这100万个连接的套接字
3)调用epoll_wait收集发生的事件的连接
如此一来,要实现上面说是的场景,只需要在进程启动时建立一个epoll对象,然后在需要的时候向这个epoll对象中添加或者删除连接。同时,epoll_wait的效率也非常高,因为调用epoll_wait时,并没有一股脑的向操作系统复制这100万个连接的句柄数据,内核也不需要去遍历全部的连接。
epoll实现机制
当某一进程调用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与epoll的使用方式密切相关。eventpoll结构体如下所示:
struct eventpoll{..../*红黑树的根节点,这颗树中存储着所有添加到epoll中的需要监控的事件*/struct rb_root rbr;/*双链表中则存放着将要通过epoll_wait返回给用户的满足条件的事件*/struct list_head rdlist;....
};
每一个epoll对象都有一个独立的eventpoll结构体,用于存放通过epoll_ctl方法向epoll对象中添加进来的事件。这些事件都会挂载在红黑树中,如此,重复添加的事件就可以通过红黑树而高效的识别出来(红黑树的插入时间效率是lgn,其中n为树的高度)。
而所有添加到epoll中的事件都会与设备(网卡)驱动程序建立回调关系,也就是说,当相应的事件发生时会调用这个回调方法。这个回调方法在内核中叫ep_poll_callback,它会将发生的事件添加到rdlist双链表中。
在epoll中,对于每一个事件,都会建立一个epitem结构体,如下所示:
struct epitem{struct rb_node rbn;//红黑树节点struct list_head rdllink;//双向链表节点struct epoll_filefd ffd; //事件句柄信息struct eventpoll *ep; //指向其所属的eventpoll对象struct epoll_event event; //期待发生的事件类型
}
当调用epoll_wait检查是否有事件发生时,只需要检查eventpoll对象中的rdlist双链表中是否有epitem元素即可。如果rdlist不为空,则把发生的事件复制到用户态,同时将事件数量返回给用户。
epoll结构示意图
通过红黑树和双链表数据结构,并结合回调机制,造就了epoll的高效。
epoll的接口
- epoll_create
创建epoll句柄
函数声明:int epoll_create(int size)
参数:size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。
返回值:返回创建了的epoll句柄。
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。 - epoll_ctl
将被监听的描述符添加到epoll句柄或从epool句柄中删除或者对监听事件进行修改。
函数申明:int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event*event);
参数:
epfd: epoll_create()的返回值
op:表示要进行的操作,其值分别为:
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;
fd:需要操作/监听的文件句柄
event:是告诉内核需要监听什么事件,struct epoll_event如下:
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:触发该事件,表示对应的文件描述符上有可读数据。(包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT:触发该事件,表示对应的文件描述符上可以写数据;
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(EdgeTriggered)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。
示例:
struct epoll_event ev;
//设置与要处理的事件相关的文件描述符
ev.data.fd=listenfd;
//设置要处理的事件类型
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
//注册epoll事件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
- epoll_wait
等侍注册在epfd上的socket fd的事件的发生,如果发生则将发生的sokct fd和事件类型放入到events数组中。
函数原型:int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
参数:
epfd:由epoll_create 生成的epoll文件描述符
events:用于回传代处理事件的数组
maxevents:每次能处理的最大事件数
timeout:等待I/O事件发生的超时毫秒数,-1相当于阻塞,0相当于非阻塞。一般用-1即可
epoll的工作模式
ET(EdgeTriggered):高速工作模式,只支持no_block(非阻塞模式)。在此模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告知。然后它会假设用户知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了。(触发模式只在数据就绪时通知一次,若数据没有读完,下一次不会通知,直到有新的就绪数据)
LT(LevelTriggered):缺省工作方式,支持blocksocket和no_blocksocket。在LT模式下内核会告知一个文件描述符是否就绪了,然后可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果不作任何操作,内核还是会继续通知!若数据没有读完,内核也会继续通知,直至设备数据为空为止!
示例说明:
1.我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符
\2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
\3. 调用epoll_wait(2),并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作
\4. 然后我们读取了1KB的数据
\5. 调用epoll_wait(2)……
ET工作模式:
如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,在第2步执行了一个写操作,第三步epoll_wait会返回同时通知的事件会销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用epoll_wait(2)完成后,是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时(认为读完)才需要挂起,等待。但这并不是说每次read()时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时(即小于sizeof(buf)),就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。
LT工作模式:
LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll(2),并且无论后面的数据是否被使用,因此他们具有同样的职能。
示例
/*
* file epollTest.c
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <string.h> #define MAXEVENTS 64 //函数:
//功能:创建和绑定一个TCP socket
//参数:端口
//返回值:创建的socket
static int
create_and_bind (char *port)
{ struct addrinfo hints; struct addrinfo *result, *rp; int s, sfd; memset (&hints, 0, sizeof (struct addrinfo)); hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* Return IPv4 and IPv6 choices */ hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; /* We want a TCP socket */ hints.ai_flags = AI_PASSIVE; /* All interfaces */ s = getaddrinfo (NULL, port, &hints, &result); if (s != 0) { fprintf (stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror (s)); return -1; } for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next) { sfd = socket (rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol); if (sfd == -1) continue; s = bind (sfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen); if (s == 0) { /* We managed to bind successfully! */ break; } close (sfd); } if (rp == NULL) { fprintf (stderr, "Could not bind\n"); return -1; } freeaddrinfo (result); return sfd;
} //函数
//功能:设置socket为非阻塞的
static int
make_socket_non_blocking (int sfd)
{ int flags, s; //得到文件状态标志 flags = fcntl (sfd, F_GETFL, 0); if (flags == -1) { perror ("fcntl"); return -1; } //设置文件状态标志 flags |= O_NONBLOCK; s = fcntl (sfd, F_SETFL, flags); if (s == -1) { perror ("fcntl"); return -1; } return 0;
} //端口由参数argv[1]指定
int
main (int argc, char *argv[])
{ int sfd, s; int efd; struct epoll_event event; struct epoll_event *events; if (argc != 2) { fprintf (stderr, "Usage: %s [port]\n", argv[0]); exit (EXIT_FAILURE); } sfd = create_and_bind (argv[1]); if (sfd == -1) abort (); s = make_socket_non_blocking (sfd); if (s == -1) abort (); s = listen (sfd, SOMAXCONN); if (s == -1) { perror ("listen"); abort (); } //除了参数size被忽略外,此函数和epoll_create完全相同 efd = epoll_create1 (0); if (efd == -1) { perror ("epoll_create"); abort (); } event.data.fd = sfd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET;//读入,边缘触发方式 s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } /* Buffer where events are returned */ events = calloc (MAXEVENTS, sizeof event); /* The event loop */ while (1) { int n, i; n = epoll_wait (efd, events, MAXEVENTS, -1); for (i = 0; i < n; i++) { if ((events[i].events & EPOLLERR) || (events[i].events & EPOLLHUP) || (!(events[i].events & EPOLLIN))) { /* An error has occured on this fd, or the socket is not ready for reading (why were we notified then?) */ fprintf (stderr, "epoll error\n"); close (events[i].data.fd); continue; } else if (sfd == events[i].data.fd) { /* We have a notification on the listening socket, which means one or more incoming connections. */ while (1) { struct sockaddr in_addr; socklen_t in_len; int infd; char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV]; in_len = sizeof in_addr; infd = accept (sfd, &in_addr, &in_len); if (infd == -1) { if ((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK)) { /* We have processed all incoming connections. */ break; } else { perror ("accept"); break; } } //将地址转化为主机名或者服务名 s = getnameinfo (&in_addr, in_len, hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);//flag参数:以数字名返回 //主机地址和服务地址 if (s == 0) { printf("Accepted connection on descriptor %d " "(host=%s, port=%s)\n", infd, hbuf, sbuf); } /* Make the incoming socket non-blocking and add it to the list of fds to monitor. */ s = make_socket_non_blocking (infd); if (s == -1) abort (); event.data.fd = infd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, infd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } } continue; } else { /* We have data on the fd waiting to be read. Read and display it. We must read whatever data is available completely, as we are running in edge-triggered mode and won't get a notification again for the same data. */ int done = 0; while (1) { ssize_t count; char buf[512]; count = read (events[i].data.fd, buf, sizeof(buf)); if (count == -1) { /* If errno == EAGAIN, that means we have read all data. So go back to the main loop. */ if (errno != EAGAIN) { perror ("read"); done = 1; } break; } else if (count == 0) { /* End of file. The remote has closed the connection. */ done = 1; break; } /* Write the buffer to standard output */ s = write (1, buf, count); if (s == -1) { perror ("write"); abort (); } } if (done) { printf ("Closed connection on descriptor %d\n", events[i].data.fd); /* Closing the descriptor will make epoll remove it from the set of descriptors which are monitored. */ close (events[i].data.fd); } } } } free (events); close (sfd); return EXIT_SUCCESS;
}
代码编译后,./epollTest 8888 ,在另外一个终端中执行
telnet 192.168.1.161 8888 ,192.168.1.161为执行测试程序的ip。在telnet终端敲入任何字符敲入Enter后,会在测试终端显示敲入的字符
总结
epoll高效的原因:
当调用 epoll_wait检查是否有发生事件的连接时,只是检查 eventpoll对象中的 rdllist双向链表是否有 epitem元素而已,如果 rdllist链表不为空,则把这里的事件复制到用户态内存中,同时将事件数量返回给用户。因此,epoll_wait的效率非常高。epoll_ctl在向 epoll对象中添加、修改、删除事件时,从 rbr红黑树中查找事件也非常快,也就是说,epoll是非常高效的,它可以轻易地处理百万级别的并发连接。
epoll高效的本质:
1.减少用户态和内核态之间的文件句柄拷贝;
2.减少对可读可写文件句柄的遍历。
参考
https://cloud.tencent.com/developer/information/linux%20epoll%E6%9C%BA%E5%88%B6
https://blog.csdn.net/u010657219/article/details/44061629
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1609322251459722004&wfr=spider&for=pc
Handler消息机制(一):Linux的epoll机制相关推荐
- 深入理解 Linux 的 epoll 机制
坚持思考,就会很酷 在 Linux 系统之中有一个核心武器:epoll 池,在高并发的,高吞吐的 IO 系统中常常见到 epoll 的身影. IO 多路复用 在 Go 里最核心的是 Goroutine ...
- 嵌入式Linux系统epoll机制
1 什么是epoll 上一章节中,我们创建了一个tcp server和client,进行数据的收发,而数据收发的过程是阻塞的,如调用到的recv函数,没有收到数据前一直卡住不会往下去执行其它代码.操作 ...
- 【Android 异步操作】Handler 机制 ( MessageQueue 消息队列的阻塞机制 | Java 层机制 | native 层阻塞机制 | native 层解除阻塞机制 )
文章目录 一.MessageQueue 的 Java 层机制 二.MessageQueue 的 native 层阻塞机制 三.MessageQueue 的 native 层解除阻塞机制 三.Messa ...
- linux epoll机制对TCP 客户端和服务端的监听C代码通用框架实现
1 TCP简介 tcp是一种基于流的应用层协议,其"可靠的数据传输"实现的原理就是,"拥塞控制"的滑动窗口机制,该机制包含的算法主要有"慢启动&quo ...
- linux runtime pm机制的深入理解
一:runtime机制说明 何为runtime机制?也就是系统在非睡眠状态,设备在空闲时可以进入runtime suspend状态同时不依赖系统wake_lock机制,非空闲时执行runtime re ...
- epoll监听文件_介绍一下 Android Handler 中的 epoll 机制?
介绍一下 Android Handler 中的 epoll 机制? 目录: IO 多路复用 select.poll.epoll 对比 epoll API epoll 使用示例 Handler 中的 e ...
- Android Handler消息机制不完全解析
1.Handler的作用 Android开发中,我们经常使用Handler进行页面的更新.例如我们需要在一个下载任务完成后,去更新我们的UI效果,因为AndroidUI操作不是线程安全的,也就意味着我 ...
- Handler消息机制-Native层
Handler消息机制-Native层 android12-release Handler消息机制-FWK层 1. MessageQueue连接Native层 1.1 nativeInit初始化 Na ...
- Android Framework学习(八)之Handler消息机制(Native层)解析
在深入解析Android中Handler消息机制一文中,我们学习了Handler消息机制的java层代码,这次我们来学习Handler消息机制的native层代码. 在Java层的消息处理机制中,Me ...
最新文章
- CUDA Samples: green ball
- 【组合数学】鸽巢原理 ( 鸽巢原理简单形式 | 鸽巢原理简单形式示例 1、2、3 )
- (7) ebj学习: jpa 一对一,一对多,多对多
- python能做什么程序-python都能做什么
- CSS:模拟实现QQ浏览器
- Excel转批量转Csv工具软件
- 解决虚拟机桥接模式无法上网的问题
- 使用电信光猫+华为路由器实现内网穿透,外网访问内网 之 光猫超级管理员密码获取并设置桥接模式
- 关于1931CIE——RGB色坐标图转换到XYZ色坐标关系
- linux 打印文件目录结构,linux基本文件目录的结构及管理
- ISP—图像调试实习生(第10天)
- Python生成器的throw和close方法
- 单调有界定理适用于函数吗_实数系的连续性定理
- 植保 地面站竞品分析
- 基于excel实现接口自动化测试
- 在高盛 (Goldman Sachs) 工作是一种怎样的体验?
- 计算机网络电缆被拔出是怎么办,网络电缆被拔出是什么意思
- 根据公式计算网络qoe
- POST http://127.0.0.1:3000/login net::ERR_CONNECTION_RESE
- android device id 获取主要用于google 服务
热门文章
- select weui 动态加载数据_weui中的picker使用js进行动态绑定数据问题
- python怎么删除特定文件_如何使用python从文件中删除特定行?
- Matlab读取二进制文件----fread
- Matlab中与复数有关的函数abs()、angle()
- C++知识点13——友元,类的声明
- minui 向div放html,c# – 如何添加css类到html通用控件div?
- @value 数组_SpringBoot @Value 读取配置,太强大了!
- adb cannot connect to daemon_手机触屏失效的抢救办法,以及如何利用adb实现PC与手机交互...
- ADODB.Connection 错误 '800a0e7a' 未找到提供程序。该程序可能未正确安装。解决办法...
- Hanlp分词实例:Java实现TFIDF算法