高级I/O知识分享【epoll || Reactor ET,LT模式】

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目录

一，接口

epoll_create

 epoll_ctl

event 事件类型：

epoll_wait

二，epoll优点（相较select，poll）

三，epoll有2种工作方式

如何理解两种工作方式：(快递员例子)

水平触发Level Triggered 工作模式

边缘触发Edge Triggered工作模式

epoll使用场景

epoll中的惊群问题(选学)

ET模式使用思路

嗨！收到一张超美的图，愿你每天都能顺心！

一，接口

epoll_create

epoll_create(size_t size)

用于创建一个epoll文件描述符，返回一个非负整数表示新创建的epoll实例的文件描述符。size是一个建议值，表示最初能容纳多少个事件，但实际上内核可能会忽略此参数。

• 参数：
  • size：建议的初始事件槽的数量，但在现代内核版本中此参数几乎无用，内核会根据需要动态调整。

 epoll_ctl

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

用于向epoll实例添加、修改或删除文件描述符的监听事件。

• 参数：
  • epfd：epoll_create返回的epoll文件描述符。
  • op：操作类型，可以是EPOLL_CTL_ADD（添加）、EPOLL_CTL_MOD（修改）、EPOLL_CTL_DEL（删除）。
  • fd：需要操作的文件描述符。
  • event：指向struct epoll_event结构体的指针，包含需要监控的事件类型。

event 事件类型：

1. EPOLLIN - 表示描述符可读（例如，有数据可读取）。
2. EPOLLOUT - 表示描述符可写（例如，可以发送数据）。
3. EPOLLERR - 表示描述符有错误。
4. EPOLLHUP - 表示描述符挂起（例如，对端关闭了连接）。
5. EPOLLET - 这是一个边缘触发模式标志，不是事件类型，但它可以与其他事件类型结合使用，以改变事件检测的行为。
6. EPOLLONESHOT - 这个标志让 epoll_wait() 在第一次匹配到这个事件后就不再为这个文件描述符报告该事件，直到 epoll_ctl() 再次修改此文件描述符的监听条件。
7. EPOLLEXCLUSIVE - 当设置此标志时，如果多个进程或线程尝试等待同一个事件，那么仅有一个等待者会被唤醒

epoll_wait

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

等待已注册文件描述符上的I/O事件发生，并返回就绪事件的数目。

• 参数：
  • epfd：epoll_create返回的epoll文件描述符。
  • events：一个指向epoll_event数组的指针，用于返回就绪事件。
  • maxevents：最大可返回的就绪事件数。
  • timeout：等待的超时时间（毫秒为单位）。如果设置为负数或0，则epoll_wait立即返回；如果大于0，则表示等待的时间。

结构体epoll_event： 

从底层原理理解三接口负责的功能图：

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; 
 .... 
};

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 
}

如何理解参数epfd的作用？

总结一下, epoll的使用过程就是三部曲: 

• 调用epoll_create创建一个epoll句柄;
• 调用epoll_ctl, 将要监控的文件描述符进行注册;
• 调用epoll_wait, 等待文件描述符就绪；

二，epoll优点（相较select，poll）

• 接口使用方便: 虽然拆分成了三个函数, 但是反而使用起来更方便高效. 不需要每次循环都设置关注的文件,描述符, 也做到了输入输出参数分离开
• 数据拷贝轻量: 只在合适的时候调用 EPOLL_CTL_ADD 将文件描述符结构拷贝到内核中, 这个操作并不频繁(而select/poll都是每次循环都要进行拷贝)
• 事件回调机制: 避免使用遍历, 而是使用回调函数的方式, 将就绪的文件描述符结构加入到就绪队列中, epoll_wait 返回直接访问就绪队列就知道哪些文件描述符就绪. 这个操作时间复杂度O(1). 即使文件描述符数目很多, 效率也不会受到影响。
• 没有数量限制: 文件描述符数目无上限

三，epoll有2种工作方式

如何理解两种工作方式：(快递员例子)

LT:  当你的外卖（数据）到时，外卖员（底层）会一直给你打电话（通知）直到你下来将你的所有外卖都取走（数据拿走 ）。

ET:  外卖来时，外卖员(底层)只给你打一次电话，你如果不下来取，外卖员（底层）不会再通知你，你的外卖（数据）就再也拿不到了。

比较标准的解释：

水平触发Level Triggered 工作模式

epoll 默认状态下就是 LT 工作模式:

• 当epoll检测到socket上事件就绪的时候, 可以不立刻进行处理. 或者只处理一部分. 如由于只读了1K数据, 缓冲区中还剩1K数据, 在第二次调用 epoll_wait 时, epoll_wait 仍然会立刻返回并通知socket读事件就绪. 直到缓冲区上所有的数据都被处理完, epoll_wait 才不会立刻返回.(一直通知你直到数据全部取走)
• 支持阻塞读写和非阻塞读写

边缘触发Edge Triggered工作模式

• 当epoll检测到socket上事件就绪时, 必须立刻处理. 如上面的例子, 虽然只读了1K的数据, 缓冲区还剩1K的数据, 在第二次调用 epoll_wait 的时候, epoll_wait 不会再返回了. 也就是说, ET模式下, 文件描述符上的事件就绪后, 只有一次处理机会.（ET模式下，只有一次处理机会，这样倒逼程序员，要一次取完所有的数据）
• ET的性能比LT性能更高( 相同的运行时间内epoll_wait 返回的次数少了很多== 无效通知减少 == 增加其他socket通知的数量). Nginx默认采用ET模式使用epoll.
• 只支持非阻塞的读写

epoll使用场景

• 对于多连接, 且多连接中只有一部分连接比较活跃时, 比较适合使用epoll.

epoll中的惊群问题(选学)

ET模式使用思路