linux下epoll如何實現高效處理百萬控制程式碼的

開 發高效能網路程式時，windows開發者們言必稱iocp，linux開發者們則言必稱epoll。大家都明白epoll是一種IO多路複用技術，可以 非常高效的處理數以百萬計的socket控制程式碼，比起以前的select和poll效率高大發了。我們用起epoll來都感覺挺爽，確實快，那麼，它到底為 什麼可以高速處理這麼多併發連線呢？

先簡單回顧下如何使用C庫封裝的3個epoll系統呼叫吧。

epoll_ctl可以操作上面建立的epoll，例如，將剛建立的socket加入到epoll中讓其監控，或者把 epoll正在監控的某個socket控制程式碼移出epoll，不再監控它等等。

epoll_wait在呼叫時，在給定的timeout時間內，當在監控的所有控制程式碼中有事件發生時，就返回使用者態的程式。

從 上面的呼叫方式就可以看到epoll比select/poll的優越之處：因為後者每次呼叫時都要傳遞你所要監控的所有socket給select /poll系統呼叫，這意味著需要將使用者態的socket列表copy到核心態，如果以萬計的控制程式碼會導致每次都要copy幾十幾百KB的記憶體到核心態，非 常低效。而我們呼叫epoll_wait時就相當於以往呼叫select/poll，但是這時卻不用傳遞socket控制程式碼給核心，因為核心已經在 epoll_ctl中拿到了要監控的控制程式碼列表。

所以，實際上在你呼叫epoll_create後，核心就已經在核心態開始準備幫你儲存要監控的控制程式碼了，每次呼叫epoll_ctl只是在往核心的資料結構裡塞入新的socket控制程式碼。

在核心裡，一切皆檔案。所以，epoll向核心註冊了一個檔案系統，用於儲存上述的被監控socket。當你呼叫epoll_create時，就會在這個虛擬的epoll檔案系統裡建立一個file結點。當然這個file不是普通檔案，它只服務於epoll。

epoll 在被核心初始化時（作業系統啟動），同時會開闢出epoll自己的核心高速cache區，用於安置每一個我們想監控的socket，這些socket會以 紅黑樹的形式儲存在核心cache裡，以支援快速的查詢、插入、刪除。這個核心高速cache區，就是建立連續的實體記憶體頁，然後在之上建立slab層， 簡單的說，就是物理上分配好你想要的size的記憶體物件，每次使用時都是使用空閒的已分配好的物件。

epoll 的高效就在於，當我們呼叫epoll_ctl往裡塞入百萬個控制程式碼時，epoll_wait仍然可以飛快的返回，並有效的將發生事件的控制程式碼給我們使用者。這是 由於我們在呼叫epoll_create時，核心除了幫我們在epoll檔案系統裡建了個file結點，在核心cache裡建了個紅黑樹用於儲存以後 epoll_ctl傳來的socket外，還會再建立一個list連結串列，用於儲存準備就緒的事件，當epoll_wait呼叫時，僅僅觀察這個list鏈 表裡有沒有資料即可。有資料就返回，沒有資料就sleep，等到timeout時間到後即使連結串列沒資料也返回。所以，epoll_wait非常高效。

而且，通常情況下即使我們要監控百萬計的控制程式碼，大多一次也只返回很少量的準備就緒控制程式碼而已，所以，epoll_wait僅需要從核心態copy少量的控制程式碼到使用者態而已，如何能不高效？！

那 麼，這個準備就緒list連結串列是怎麼維護的呢？當我們執行epoll_ctl時，除了把socket放到epoll檔案系統裡file物件對應的紅黑樹上 之外，還會給核心中斷處理程式註冊一個回撥函式，告訴核心，如果這個控制程式碼的中斷到了，就把它放到準備就緒list連結串列裡。所以，當一個socket上有數 據到了，核心在把網路卡上的資料copy到核心中後就來把socket插入到準備就緒連結串列裡了。

如 此，一顆紅黑樹，一張準備就緒控制程式碼連結串列，少量的核心cache，就幫我們解決了大併發下的socket處理問題。執行epoll_create時，建立了 紅黑樹和就緒連結串列，執行epoll_ctl時，如果增加socket控制程式碼，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在立即返回，不存在則新增到樹幹上，然後向核心注 冊回撥函式，用於當中斷事件來臨時向準備就緒連結串列中插入資料。執行epoll_wait時立刻返回準備就緒連結串列裡的資料即可。

最後看看epoll獨有的兩種模式LT和ET。無論是LT和ET模式，都適用於以上所說的流程。區別是，LT模式下，只要一個控制程式碼上的事件一次沒有處理完，會在以後呼叫epoll_wait時次次返回這個控制程式碼，而ET模式僅在第一次返回。

這 件事怎麼做到的呢？當一個socket控制程式碼上有事件時，核心會把該控制程式碼插入上面所說的準備就緒list連結串列，這時我們呼叫epoll_wait，會把準備 就緒的socket拷貝到使用者態記憶體，然後清空準備就緒list連結串列，最後，epoll_wait幹了件事，就是檢查這些socket，如果不是ET模式 （就是LT模式的控制程式碼了），並且這些socket上確實有未處理的事件時，又把該控制程式碼放回到剛剛清空的準備就緒連結串列了。所以，非ET的控制程式碼，只要它上面還 有事件，epoll_wait每次都會返回。而ET模式的控制程式碼，除非有新中斷到，即使socket上的事件沒有處理完，也是不會次次從 epoll_wait返回的。