Linux 系统 epoll 函数解析

桃扇骨 2022-09-11 10:15 179阅读 0赞

# Linux 系统 epoll 函数解析 #

linux的epoll函数被我们许多程序，框架大量的使用，如java 的NIO，netty, nginx，dubbo，rocketMQ等，

## epoll 底层3个函数 ##

我们先来了解下epoll底层的3个函数是干什么，然后在分析其原理

*  **epoll\_create(int size)**
    
    > epoll\_create()会在内存中开辟一块空间，用来存放epoll中fd(文件描述符，即socket连接)的数据结构，参数size并不是限制了epoll所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议
 *  **epoll\_ctl**
    
    > epoll\_ctl()会把每一个socket的fd数据结构放到epoll\_create()创建内存空间
 *  **epoll\_wait**
    
    > 只有当epoll\_create()中创建的内存空间中的fd有事件发生，才会把这些fd放到就绪链表中（封装了有事件发生的socket链表），并返回就绪链表的个数

理解上面3个函数的作用很重要，上面3个函数互相配合才构成了liunx的epoll，下面我们来看看一段C语言代码

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a2U6Iie5riF5Y2O_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

上面这段代码很好的模拟了客户端连接服务端的过程，注意**epoll\_create**, **epoll\_ctl**, **epoll\_wait**的调用，详情看注释

## 事件通知机制 ##

linux 底层是通过事件通知机制实现的，过程如下

1.  我们客户端发送数据，会先达到服务器的网卡，网卡会把该数据放到DMA(内存中的一个buffer，网卡可以直接访问这个数据区域)中
2.  网卡把数据放到内存后，会向cpu发起中断，让cpu先处理网卡的数据
3.  中断号在**内存中会绑定一个回调**，哪个socket中有数据，回调函数就把哪个socket放入就绪链表中（唤醒epoll\_wait）,表示有事件发生，
4.  然后linux内核线程就会遍历该事件链表，处理相关事件（如：读写数据）

## epoll总结和Nio，Redis, Nginx等调用 ##

epoll是现在最先进的IO多路复用器，Redis、Nginx，linux中的Java NIO都使用的是epoll。  
这里“多路”指的是多个网络连接，“复用”指的是复用同一个线程。

1.  一个socket的生命周期中只有一次从用户态拷贝到内核态的过程，开销小
2.  使用event事件通知机制，每次socket中有数据会主动通知内核，并加入到就绪链表中，不需要遍历所有的socket

>  *  在多路复用IO模型中，会有一个内核线程不断地去轮询多个 socket 的状态，只有当真正读写事件发送时，才真正调用实际的IO读写操作。
>  *  因为在多路复用IO模型中，只需要使用一个线程就可以管理多个socket，系统不需要建立新的进程或者线程，也不必维护这些线程和进程，并且只有真正有读写事件进行时，才会使用IO资源，所以它大大减少来资源占用。
>  *  多路I/O复用模型是利用 select、poll、epoll 可以同时监察多个流的 I/O 事件的能力，在空闲的时候，会把当前线程阻塞掉，当有一个或多个流有 I/O 事件时，就从阻塞态中唤醒，于是程序就会轮询一遍所有的流（epoll 是只轮询那些真正发出了事件的流），并且只依次顺序的处理就绪的流，这种做法就避免了大量的无用操作。
>  *  采用多路 I/O 复用技术可以让单个线程高效的处理多个连接请求（尽量减少网络 IO 的时间消耗），

Nio，Redis, Nginx的底层都采用调用epoll函数来实现高效的网络读写，具体过程如下：

1.  当服务器启动时候，先调用epoll\_create方法，开辟一块内存空间，用来存放socket连接
2.  当客户端建立连接时，会调用 epoll\_ctl 函数 把socket连接放到epoll\_create开辟的内存空间中
3.  当客户端向服务端写数据的时候，会通知内核有写事件，内核就会发生事件的socket放到就绪链表中，此时epoll\_wait就调用了。
4.  然后linux内核线程就会遍历该就绪链表，处理相关的读写事件
5.  上面的epoll操作都是发生在linux内核中的，速度会非常快

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