浅析epoll-为何多路复用I/O要使用epoll

本文转自C++爱好者博客 http://www.cppfans.org/author/eliteyang，顺便记录一下自己学习epoll的过程。

现如今，网络通讯中用epoll(linux)和IOCP(windows)几乎是大家津津乐道的东西，不为别的，就因为高效，所以大家喜欢用。IOCP的基础东西已经讲过了，可翻阅《IOCP浅析》《IOCP浅析[二]——IOCP出现的意义和函数接口》.

什么是epoll？

epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率，因为它会复用文件描述符集合来传递结果而不用迫使开发者每次等待事件之前都必须重新准备要被侦听的文件描述符集合，另一点原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的电平触发（Level Triggered）外，还提供了边沿触发（Edge Triggered），这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。Linux2.6内核中对/dev/epoll设备的访问的封装（system epoll）。

这个使我们开发网络应用程序更加简单，并且更加高效。

为什么要使用epoll？

同样，我们在linux系统下，影响效率的依然是I/O操作，linux提供给我们select/poll/epoll等多路复用I/O方式(kqueue暂时没研究过)，为什么我们对epoll情有独钟呢？原因如下：

1.文件描述符数量的对比。

epoll并没有fd(文件描述符)的上限，它只跟系统内存有关，我的2G的ubuntu下查看是20480个，轻松支持20W个fd。可使用如下命令查看：

cat /proc/sys/fs/file-max

再来看select/poll，有一个限定的fd的数量，linux/posix_types.h头文件中

#define __FD_SETSIZE    1024

2.效率对比。

当然了，你可以修改上述值，然后重新编译内核，然后再次写代码，这也是没问题的，不过我先说说select/poll的机制，估计你马上会作废上面修改枚举值的想法。

select/poll会因为监听fd的数量而导致效率低下，因为它是轮询所有fd，有数据就处理，没数据就跳过，所以fd的数量会降低效率；而epoll只处理就绪的fd，它有一个就绪设备的队列，每次只轮询该队列的数据，然后进行处理。(先简单讲一下，第二篇还会详细讲解)

3.内存处理方式对比。

不管是哪种I/O机制，都无法避免fd在操作过程中拷贝的问题，而epoll使用了mmap(是指文件/对象的内存映射，被映射到多个内存页上)，所以同一块内存就可以避免这个问题。

btw:TCP/IP协议栈使用内存池管理sk_buff结构，你还可以通过修改内存池pool的大小，毕竟linux支持各种微调内核。

epoll的工作方式

epoll分为两种工作方式LT和ET。

LT(level triggered) 是默认/缺省的工作方式，同时支持 block和no_block socket。这种工作方式下，内核会通知你一个fd是否就绪，然后才可以对这个就绪的fd进行I/O操作。就算你没有任何操作，系统还是会继续提示fd已经就绪，不过这种工作方式出错会比较小，传统的select/poll就是这种工作方式的代表。

ET(edge-triggered) 是高速工作方式，仅支持no_block socket，这种工作方式下，当fd从未就绪变为就绪时，内核会通知fd已经就绪，并且内核认为你知道该fd已经就绪，不会再次通知了，除非因为某些操作导致fd就绪状态发生变化。如果一直不对这个fd进行I/O操作，导致fd变为未就绪时，内核同样不会发送更多的通知，因为only once。所以这种方式下，出错率比较高，需要增加一些检测程序。

LT可以理解为水平触发，只要有数据可以读，不管怎样都会通知。而ET为边缘触发，只有状态发生变化时才会通知，可以理解为电平变化。

如何使用epoll？

使用epoll很简单，只需要

#include <sys/epoll.h>

有三个关键函数：

int epoll_create(int size);

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_events* event);

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);

当然了，不要忘记关闭函数.

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这篇就讲到这里了，下面两篇主要是函数介绍，效率分析，例子。

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