我讀過最好的Epoll模型講解

首先我們來定義流的概念，乙個流可以是檔案，socket，pipe等等可以進行i/o操作的核心物件。

不管是檔案，還是套接字，還是管道，我們都可以把他們看作流。

之後我們來討論i/o的操作，通過read，我們可以從流中讀入資料；通過write，我們可以往流寫入資料。現在假定乙個情形，我們需要從流中讀資料，但是流中還沒有資料，（典型的例子為，客戶端要從socket讀如資料，但是伺服器還沒有把資料傳回來），這時候該怎麼辦？

阻塞：阻塞是個什麼概念呢？比如某個時候你在等快遞，但是你不知道快遞什麼時候過來，而且你沒有別的事可以幹（或者說接下來的事要等快遞來了才能做）；那麼你可以去睡覺了，因為你知道快遞把貨送來時一定會給你打個**（假定一定能叫醒你）。

很明顯一般人不會用第二種做法，不僅顯很無腦，浪費話費不說，還占用了快遞員大量的時間。

大部分程式也不會用第二種做法，因為第一種方法經濟而簡單，經濟是指消耗很少的cpu時間，如果執行緒睡眠了，就掉出了系統的排程佇列，暫時不會去瓜分cpu寶貴的時間片了。

為了了解阻塞是如何進行的，我們來討論緩衝區，以及核心緩衝區，最終把i/o事件解釋清楚。緩衝區的引入是為了減少頻繁i/o操作而引起頻繁的系統呼叫（你知道它很慢的），當你操作乙個流時，更多的是以緩衝區為單位進行操作，這是相對於使用者空間而言。對於核心來說，也需要緩衝區。

假設有乙個管道，程序a為管道的寫入方，ｂ為管道的讀出方。

假設一開始核心緩衝區是空的，b作為讀出方，被阻塞著。然後首先a往管道寫入，這時候核心緩衝區由空的狀態變到非空狀態，核心就會產生乙個事件告訴ｂ該醒來了，這個事件姑且稱之為「緩衝區非空」。

但是「緩衝區非空」事件通知b後，b卻還沒有讀出資料；且核心許諾了不能把寫入管道中的資料丟掉這個時候，ａ寫入的資料會滯留在核心緩衝區中，如果核心也緩衝區滿了，b仍未開始讀資料，最終核心緩衝區會被填滿，這個時候會產生乙個i/o事件，告訴程序a，你該等等（阻塞）了，我們把這個事件定義為「緩衝區滿」。

假設後來ｂ終於開始讀資料了，於是核心的緩衝區空了出來，這時候核心會告訴a，核心緩衝區有空位了，你可以從長眠中醒來了，繼續寫資料了，我們把這個事件叫做「緩衝區非滿」

也許事件y1已經通知了a，但是a也沒有資料寫入了，而ｂ繼續讀出資料，知道核心緩衝區空了。這個時候核心就告訴b，你需要阻塞了！，我們把這個時間定為「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（注都是說的核心緩衝區，且這四個術語都是我生造的，僅為解釋其原理而造）。這四個i/o事件是進行阻塞同步的根本。（如果不能理解「同步」是什麼概念，請學習作業系統的鎖，訊號量，條件變數等任務同步方面的相關知識）。

然後我們來說說阻塞i/o的缺點。但是阻塞i/o模式下，乙個執行緒只能處理乙個流的i/o事件。如果想要同時處理多個流，要麼多程序(fork)，要麼多執行緒(pthread_create)，很不幸這兩種方法效率都不高。

於是再來考慮非阻塞忙輪詢的i/o方式，我們發現我們可以同時處理多個流了（把乙個流從阻塞模式切換到非阻塞模式再此不予討論）：

while
true 
}

我們只要不停的把所有流從頭到尾問一遍，又從頭開始。這樣就可以處理多個流了，但這樣的做法顯然不好，因為如果所有的流都沒有資料，那麼只會白白浪費cpu。這裡要補充一點，阻塞模式下，核心對於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事件交給其他物件（後文介紹的select以及epoll）處理甚至直接忽略。

為了避免cpu空轉，可以引進了乙個**（一開始有一位叫做select的**，後來又有一位叫做poll的**，不過兩者的本質是一樣的）。這個**比較厲害，可以同時觀察許多流的i/o事件，在空閒的時候，會把當前執行緒阻塞掉，當有乙個或多個流有i/o事件時，就從阻塞態中醒來，於是我們的程式就會輪詢一遍所有的流（於是我們可以把「忙」字去掉了）。**長這樣:

while
true 
}

於是，如果沒有i/o事件產生，我們的程式就會阻塞在select處。但是依然有個問題，我們從select那裡僅僅知道了，有i/o事件發生了，但卻並不知道是那幾個流（可能有乙個，多個，甚至全部），我們只能無差別輪詢所有流，找出能讀出資料，或者寫入資料的流，對他們進行操作。

但是使用select，我們有o(n)的無差別輪詢複雜度，同時處理的流越多，沒一次無差別輪詢時間就越長。再次

說了這麼多，終於能好好解釋epoll了

epoll可以理解為event poll，不同於忙輪詢和無差別輪詢，epoll之會把哪個流發生了怎樣的i/o事件通知我們。此時我們對這些流的操作都是有意義的。（複雜度降低到了o(1)）

在討論epoll的實現細節之前，先把epoll的相關操作列出：

epoll_create 建立乙個epoll物件，一般epollfd = epoll_create()

epoll_ctl （epoll_add/epoll_del的合體），往epoll物件中增加/刪除某乙個流的某乙個事件

比如epoll_ctl(epollfd, epoll_ctl_add, socket, epollin);//註冊緩衝區非空事件，即有資料流入

epoll_ctl(epollfd, epoll_ctl_del, socket, epollout);//註冊緩衝區非滿事件，即流可以被寫入

epoll_wait(epollfd,...)等待直到註冊的事件發生

（注：當對乙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，並設定errno=eagain。而epoll只關心緩衝區非滿和緩衝區非空事件）。

乙個epoll模式的**大概的樣子是：

while
true 
}

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。

我讀過最好的Epoll模型講解

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