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多路IO復用模型 select epoll 等

編輯:PHP基礎知識
 

同步阻塞IO在等待數據就緒上花去太多時間,而傳統的同步非阻塞IO雖然不會阻塞進程,但是結合輪詢來判斷數據是否就緒仍然會耗費大量的CPU時間。

多路IO復用提供了對大量文件描述符進行就緒檢查的高性能方案。

 

select

select誕生於4.2BSD,在幾乎所有平台上都支持,其良好的跨平台支持是它的主要的也是為數不多的優點之一。

select的缺點(1)單個進程能夠監視的文件描述符的數量存在最大限制(2)select需要復制大量的句柄數據結構,產生巨大的開銷 (3)select返回的是含有整個句柄的列表,應用程序需要遍歷整個列表才能發現哪些句柄發生了事件(4)select的觸發方式是水平觸發,應用程序如果沒有完成對一個已經就緒的文件描述符進行IO操作,那麼之後每次select調用還是會將這些文件描述符通知進程。相對應方式的是邊緣觸發。

 

poll

poll 誕生於UNIX System V Release 3,那時AT&T已經停止了UNIX的源代碼授權,所以顯然也不會直接使用BSD的select,所以AT&T自己實現了一個和select沒有多大差別的poll。

poll和select是名字不同的孿生兄弟,除了沒有監視文件數量的限制,select後面3條缺點同樣適用於poll。

面對select和poll的缺陷,不同的OS做出了不同的解決方案,可謂百花齊放。不過他們至少完成了下面兩點超越,一是內核長期維護一個事件關注列表,我們只需要修改這個列表,而不需要將句柄數據結構復制到內核中;二是直接返回事件列表,而不是所有句柄列表。

/dev/poll

Sun在Solaris中提出了新的實現方案,它使用了虛擬的/dev/poll設備,開發者可以將要監視的文件描述符加入這個設備,然後通過ioctl()來等待事件通知。

/dev/epoll

名為/dev/epoll的設備以補丁的方式出現在Linux2.4中,它提供了類似/dev/poll的功能,並且在一定程度上使用mmap提高了性能。

 

kqueue

FreeBSD實現了kqueue,可以支持水平觸發和邊緣觸發,性能和下面要提到的epoll非常接近。

 

epoll

epoll誕生於Linux 2.6內核,被公認為是Linux2.6下性能最好的多路IO復用方法。

 

 

 

int epoll_create(int size)


 


int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)


 


int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)
•epoll_create 創建 kernel 中的關注事件表,相當於創建 fd_set
•epoll_ctl 修改這個表,相當於 FD_SET 等操作
•epoll_wait等待 I/O事件發生,相當於 select/poll 函數

epoll支持水平觸發和邊緣觸發,理論上來說邊緣觸發性能更高,但是使用更加復雜,因為任何意外的丟失事件都會造成請求處理錯誤。Nginx就使用了epoll的邊緣觸發模型。

這裡提一下水平觸發和邊緣觸發就緒通知的區別,這兩個詞來源於計算機硬件設計。它們的區別是只要句柄滿足某種狀態,水平觸發就會發出通知;而只有當句柄狀態改變時,邊緣觸發才會發出通知。例如一個socket經過長時間等待後接收到一段100k的數據,兩種觸發方式都會向程序發出就緒通知。假設程序從這個socket中讀取了50k數據,並再次調用監聽函數,水平觸發依然會發出就緒通知,而邊緣觸發會因為socket“有數據可讀”這個狀態沒有發生變化而不發出通知且陷入長時間的等待。

因此在使用邊緣觸發的 api 時,要注意每次都要讀到 socket返回 EWOULDBLOCK為止

 

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http://bbs.linuxpk.com/thread-43628-1-1.html

我們先來介紹下nginx nginx :
支持高並發連接.官方測試的是5w並發連接但在實際生產中可制成2-4w並發連接數,得益於nginx使用最新的epoll(linux 2.6內核)和kqueue(freebsd)網絡I/O模型.而apache使用的則是傳統的select模型,其比較穩定的prefork模式為多進程模式,需要經常派生子進程,所消耗的CPU等服務器資源要比nginx高的多.

select 和epoll效率差的原因: select是輪詢、epoll是觸發式的,所以效率高。單單這樣講,那能懂了才見鬼了.好...我們暫且客觀的記住這句話.

先說Select:
1.Socket數量限制:該模式可操作的Socket數由FD_SETSIZE決定,內核默認32*32=1024.
2.操作限制:通過遍歷FD_SETSIZE(1024)個Socket來完成調度,不管哪個Socket是活躍的,都遍歷一遍.

後說Poll:
1.Socket數量幾乎無限制:該模式下的Socket對應的fd列表由一個數組來保存,大小不限(默認4k).
2.操作限制:同Select.

再說:Epoll:
1.Socket數量無限制:同Poll
2.操作無限制:基於內核提供的反射模式,有活躍Socket時,內核訪問該Socket的callback,不需要遍歷輪詢. 但是當所有Socket都活躍的時候,這時候所有的callback都被喚醒,會導致資源的競爭.既然都是要處理所有的Socket,那麼遍歷是最簡單最有效的實現方式.


舉例來說:
對於IM服務器,服務器和服務器之間都是長鏈接,但數量不多,一般一台60\70個,比如采用ICE這種架構設計,但請求相當頻繁和密集,這時候通過反射喚醒callback不一定比用select去遍歷處理更好.
對於web portal(門戶)服務器,都是浏覽器客戶端發起的http短鏈接請求,數量很大,好一點的網站動辄每分鐘上千個請求過來,同時服務器端還有更多的閒置等待超時的Socket,這時候沒必要把全部的Socket都遍歷處理,因為那些等待超時的請求是大多數的,這樣用Epoll會更好.

支持一個進程打開大數目的socket描述符
   select 最不能忍受的是一個進程所打開的FD是有一定限制的,由FD_SETSIZE設置,默認值是1024。對於那些需要支持的上萬連接數目的IM服務器來說顯然太少了。這時候你一是可以選擇修改這個宏然後重新編譯內核,不過資料也同時指出這樣會帶來網絡效率的下降,二是可以選擇多進程的解決方案(傳統的 Apache方案),不過雖然linux上面創建進程的代價比較小,但仍舊是不可忽視的,加上進程間數據同步遠 比不上線程間同步的高效,所以也不是一種完美的方案。不過 epoll則沒有這個限制,它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數目,這個數字一般遠大於2048,舉個例子,在1GB內存的機器上大約是10萬左右,具體數目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數目和系統內存關系很大。  

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