我讀過的最好的epoll講解(nigix原理)--轉自」知乎「

 首先咱們來定義流的概念，一個流能夠是文件，socket，pipe等等能夠進行I/O操做的內核對象。

 

    不論是文件，仍是套接字，仍是管道，咱們均可以把他們看做流。

 

    以後咱們來討論I/O的操做，經過read，咱們能夠從流中讀入數據；經過write，咱們能夠往流寫入數據。如今假定一個情形，咱們須要從流中讀數據，可是流中尚未數據，（典型的例子爲，客戶端要從socket讀如數據，可是服務器尚未把數據傳回來），這時候該怎麼辦？

 

阻塞：阻塞是個什麼概念呢？好比某個時候你在等快遞，可是你不知道快遞何時過來，並且你沒有別的事能夠幹（或者說接下來的事要等快遞來了才能作）；那麼你能夠去睡覺了，由於你知道快遞把貨送來時必定會給你打個電話（假定必定能叫醒你）。

 

非阻塞忙輪詢：接着上面等快遞的例子，若是用忙輪詢的方法，那麼你須要知道快遞員的手機號，而後每分鐘給他掛個電話：「你到了沒？」

 

    很明顯通常人不會用第二種作法，不只顯很無腦，浪費話費不說，還佔用了快遞員大量的時間。

    大部分程序也不會用第二種作法，由於第一種方法經濟而簡單，經濟是指消耗不多的CPU時間，若是線程睡眠了，就掉出了系統的調度隊列，暫時不會去瓜分CPU寶貴的時間片了。

 

    爲了瞭解阻塞是如何進行的，咱們來討論緩衝區，以及內核緩衝區，最終把I/O事件解釋清楚。緩衝區的引入是爲了減小頻繁I/O操做而引發頻繁的系統調用（你知道它很慢的），當你操做一個流時，更多的是以緩衝區爲單位進行操做，這是相對於用戶空間而言。對於內核來講，也須要緩衝區。

 

假設有一個管道，進程A爲管道的寫入方，Ｂ爲管道的讀出方。

 

假設一開始內核緩衝區是空的，B做爲讀出方，被阻塞着。而後首先A往管道寫入，這時候內核緩衝區由空的狀態變到非空狀態，內核就會產生一個事件告訴Ｂ該醒來了，這個事件姑且稱之爲「緩衝區非空」。

    可是「緩衝區非空」事件通知B後，B卻尚未讀出數據；且內核許諾了不能把寫入管道中的數據丟掉這個時候，Ａ寫入的數據會滯留在內核緩衝區中，若是內核也緩衝區滿了，B仍未開始讀數據，最終內核緩衝區會被填滿，這個時候會產生一個I/O事件，告訴進程A，你該等等（阻塞）了，咱們把這個事件定義爲「緩衝區滿」。

 

假設後來Ｂ終於開始讀數據了，因而內核的緩衝區空了出來，這時候內核會告訴A，內核緩衝區有空位了，你能夠從長眠中醒來了，繼續寫數據了，咱們把這個事件叫作「緩衝區非滿」

    也許事件Y1已經通知了A，可是A也沒有數據寫入了，而Ｂ繼續讀出數據，知道內核緩衝區空了。這個時候內核就告訴B，你須要阻塞了！，咱們把這個時間定爲「緩衝區空」。

 

這四個情形涵蓋了四個I/O事件，緩衝區滿，緩衝區空，緩衝區非空，緩衝區非滿（注都是說的內核緩衝區，且這四個術語都是我生造的，僅爲解釋其原理而造）。這四個I/O事件是進行阻塞同步的根本。（若是不能理解「同步」是什麼概念，請學習操做系統的鎖，信號量，條件變量等任務同步方面的相關知識）。

 

    而後咱們來講說阻塞I/O的缺點。可是阻塞I/O模式下，一個線程只能處理一個流的I/O事件。若是想要同時處理多個流，要麼多進程(fork)，要麼多線程(pthread_create)，很不幸這兩種方法效率都不高。

    因而再來考慮非阻塞忙輪詢的I/O方式，咱們發現咱們能夠同時處理多個流了（把一個流從阻塞模式切換到非阻塞模式再此不予討論）：

while true {

for i in stream[]; {

if i has data

read until unavailable

}

}

    咱們只要不停的把全部流從頭至尾問一遍，又從頭開始。這樣就能夠處理多個流了，但這樣的作法顯然很差，由於若是全部的流都沒有數據，那麼只會白白浪費CPU。這裏要補充一點，阻塞模式下，內核對於I/O事件的處理是阻塞或者喚醒，而非阻塞模式下則把I/O事件交給其餘對象（後文介紹的select以及epoll）處理甚至直接忽略。

 

    爲了不CPU空轉，能夠引進了一個代理（一開始有一位叫作select的代理，後來又有一位叫作poll的代理，不過二者的本質是同樣的）。這個代理比較厲害，能夠同時觀察許多流的I/O事件，在空閒的時候，會把當前線程阻塞掉，當有一個或多個流有I/O事件時，就從阻塞態中醒來，因而咱們的程序就會輪詢一遍全部的流（因而咱們能夠把「忙」字去掉了）。代碼長這樣:

while true {

select(streams[])

for i in streams[] {

if i has data

read until unavailable

}

}

    因而，若是沒有I/O事件產生，咱們的程序就會阻塞在select處。可是依然有個問題，咱們從select那裏僅僅知道了，有I/O事件發生了，但卻並不知道是那幾個流（可能有一個，多個，甚至所有），咱們只能無差異輪詢全部流，找出能讀出數據，或者寫入數據的流，對他們進行操做。

    可是使用select，咱們有O(n)的無差異輪詢複雜度，同時處理的流越多，沒一次無差異輪詢時間就越長。再次

說了這麼多，終於能好好解釋epoll了

    epoll能夠理解爲event poll，不一樣於忙輪詢和無差異輪詢，epoll之會把哪一個流發生了怎樣的I/O事件通知咱們。此時咱們對這些流的操做都是有意義的。（複雜度下降到了O(1)）

    在討論epoll的實現細節以前，先把epoll的相關操做列出：

 

epoll_create 建立一個epoll對象，通常epollfd = epoll_create()

 

epoll_ctl （epoll_add/epoll_del的合體），往epoll對象中增長/刪除某一個流的某一個事件

好比

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, socket, EPOLLIN);//註冊緩衝區非空事件，即有數據流入

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, socket, EPOLLOUT);//註冊緩衝區非滿事件，即流能夠被寫入

epoll_wait(epollfd,...)等待直到註冊的事件發生

（注：當對一個非阻塞流的讀寫發生緩衝區滿或緩衝區空，write/read會返回-1，並設置errno=EAGAIN。而epoll只關心緩衝區非滿和緩衝區非空事件）。

 

一個epoll模式的代碼大概的樣子是：

while true {

active_stream[] = epoll_wait(epollfd)

for i in active_stream[] {

read or write till

}

}

    限於篇幅，我只說這麼多，以揭示原理性的東西，至於epoll的使用細節，請參考man和google，實現細節，請參閱linux kernel source。