Apache select與Nginx epoll模型區別
阿新 • • 發佈：2018-04-11
Linux服務1.select 和epoll模型區別
1.1.網絡IO模型概述
通常來說，網絡IO可以抽象成用戶態和內核態之間的數據交換。
一次網絡數據讀取操作（read），可以拆分成兩個步驟：
1）網卡驅動等待數據準備好（內核態）
2）將數據從內核空間拷貝到進程空間（用戶態）。根據這兩個步驟處理方式不一樣，我們通常把網絡IO劃分成阻塞IO和非阻塞IO。
·阻塞IO。用戶調用網絡IO相關的系統調用時（例如read），如果此時內核網卡還沒有讀取到網絡數據，那麽本次系統調用將會一直阻塞，直到對端系統發送的數據到達為止。如果對端一直沒有發送數據，則本次調用將永遠不會返回。
· 非阻塞IO。當用戶調用網絡IO相關的系統調用時（例如read），如果此時內核網絡還沒有收到網絡數據，那麽本次系統調用將會立即返回，並返回一個EAGAIN的錯誤碼。
指向可讀描述符集的指針，如果我們關心連接的可讀事件，需要把連接的描述符設置到讀集合中。
·writefds
指向可寫描述符集的指針，如果我們關心連接的可寫事件，需要把連接的描述符設置到可寫集合中。
· exceptfds
指向異常描述符集的指針，如果我們關心連接的是否發生異常，需要把連接的描述符設置到異常描述符集合中。
·timeout
指select願意等待的時間。
struct timeval {
longtv_sec; //秒數
longtv_usec; //微秒數
}
一般來說，分為三種情況：
·timeout為空，select將會永遠等待。直到有連接可讀、可寫或者被信號中斷時返回。
·timeout->tv_sec = 0 且 timeout->tv_usec = 0，完全不等待。檢測所有指定的描述符後立即返回。這是得到多個描述符的狀態而不阻塞select函數的輪詢方法。
·timeout->tv_sec != 且 timeout->tv_usec != 0，等待指定的秒數和微秒數。當指定的描述符之一已經準備好，或者超過了指定的時間值，則立即返回。如果超時了，還沒有一個描述符準備好，則返回0。
select的工作原理，select通過輪詢來檢測各個集合中的描述符（fd）的狀態，如果描述符的狀態發生改變，則會在該集合中設置相應的標記位；如果指定描述符的狀態沒有發生改變，則將該描述符從對應集合中移除。因此，select的調用復雜度是線性的，即O(n)。舉個例子，一個保姆照看一群孩子，如果把孩子是否需要尿尿比作網絡IO事件，select的作用就好比這個保姆挨個詢問每個孩子：你要尿尿嗎？如果孩子回答是，保姆則把孩子拎出來放到另外一個地方。當所有孩子詢問完之後，保姆領著這些要尿尿的孩子去上廁所（處理網絡IO事件）。
select的限制，前面提到FD_SETSIZE宏，這個宏是操作系統定義的。在linux下面通常是1024，也就是說select最多只能管理1024個描述符。如果大於1024的個描述，select將會產生不可預知的行為。那在沒有poll或epoll的情況下，怎樣使用select來處理連接數大於1024的情況呢？答案是使用多線程技術，每個線程單獨使用一個select進行檢測。這樣的話，你的系統能夠處理的並發連接數等於線程數1024。早期的apache就是這種技術來支撐海量連接的。
1.4.epoll工作原理
epoll函數原型：
int epoll_create(int size);
intepoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event);
int epoll_wait(intepfd, struct epoll_event *events, intmaxevents, int timeout);
epoll依賴上述三個函數，既可以完成成千上萬的並發連接管理。epoll使用方式，1）通過epoll_create建立epoll句柄。2）將描述符所感興趣的事件通過epoll_ctl添加到epoll句柄中。3）調用epoll_wait返回所有可讀寫的描述符。
epoll是Linux內核為處理大批量文件描述符而作了改進的epoll，是Linux下多路復用IO接口select/poll的增強版本，它能顯著提高程序在大量並發連接中只有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。另一點原因就是獲取事件的時候，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那種IO事件的水平觸發（Level Triggered）外，還提供了邊緣觸發（Edge Triggered），這就使得用戶空間程序有可能緩存IO狀態，減少epoll_wait/epoll_pwait的調用，提高應用程序效率。
還是以保姆照看一群孩子為例，在epoll機制下，保姆不再需要挨個的詢問每個孩子是否需要尿尿。取而代之的是，每個孩子如果自己需要尿尿的時候，自己主動的站到事先約定好的地方，而保姆的職責就是查看事先約定好的地方是否有孩子。如果有小孩，則領著孩子去上廁所（網絡事件處理）。因此，epoll的這種機制，能夠高效的處理成千上萬的並發連接，而且性能不會隨著連接數增加而下降。
1.1.網絡IO模型概述
通常來說，網絡IO可以抽象成用戶態和內核態之間的數據交換。
一次網絡數據讀取操作（read），可以拆分成兩個步驟：
1）網卡驅動等待數據準備好（內核態）
2）將數據從內核空間拷貝到進程空間（用戶態）。根據這兩個步驟處理方式不一樣，我們通常把網絡IO劃分成阻塞IO和非阻塞IO。
·阻塞IO。用戶調用網絡IO相關的系統調用時（例如read），如果此時內核網卡還沒有讀取到網絡數據，那麽本次系統調用將會一直阻塞，直到對端系統發送的數據到達為止。如果對端一直沒有發送數據，則本次調用將永遠不會返回。
· 非阻塞IO。當用戶調用網絡IO相關的系統調用時（例如read），如果此時內核網絡還沒有收到網絡數據，那麽本次系統調用將會立即返回，並返回一個EAGAIN的錯誤碼。
1.2. IO多路轉接技術
IO多路轉接技術其實就是使用select、epoll等操作系統提供的系統調用來檢測IO事件的各種機制。通過select、epoll等機制，我們可以很輕松的同時管理大量的網絡IO連接，並且獲取到處於活躍狀態的連接。當其中一個或多個發生網絡IO事件時，select、epoll等系統調用就會返回相應的連接，我們就可以對這些連接進行讀取或寫入操作，從而完成網絡數據交互。
1.3.select 工作原理
select函數原型：
int select(int nfds, fd_set readfds, fd_set writefds,fd_set exceptfds, struct timeval timeout);
select各個參數說明：
· nfds
這個參數的值一般設置為讀集合（readfds）、寫集合（writefds）以及exceptfds（異常集合）中最大的描述符（fd）+1，當然也可以設置為FD_SETSIZE。FD_SETSIZE是操作系統定義的一個宏，一般是1024。也就是說讀寫以及異常集合大小的最大值是1024，所以使用select最多只能管理1024個連接。如果大於1024個連接，select將會產生不確定行為。
指向可讀描述符集的指針，如果我們關心連接的可讀事件，需要把連接的描述符設置到讀集合中。
·writefds
指向可寫描述符集的指針，如果我們關心連接的可寫事件，需要把連接的描述符設置到可寫集合中。
· exceptfds
指向異常描述符集的指針，如果我們關心連接的是否發生異常，需要把連接的描述符設置到異常描述符集合中。
·timeout
指select願意等待的時間。
struct timeval {
longtv_sec; //秒數
longtv_usec; //微秒數
}
一般來說，分為三種情況：
·timeout為空，select將會永遠等待。直到有連接可讀、可寫或者被信號中斷時返回。
·timeout->tv_sec = 0 且 timeout->tv_usec = 0，完全不等待。檢測所有指定的描述符後立即返回。這是得到多個描述符的狀態而不阻塞select函數的輪詢方法。
·timeout->tv_sec != 且 timeout->tv_usec != 0，等待指定的秒數和微秒數。當指定的描述符之一已經準備好，或者超過了指定的時間值，則立即返回。如果超時了，還沒有一個描述符準備好，則返回0。
select的工作原理，select通過輪詢來檢測各個集合中的描述符（fd）的狀態，如果描述符的狀態發生改變，則會在該集合中設置相應的標記位；如果指定描述符的狀態沒有發生改變，則將該描述符從對應集合中移除。因此，select的調用復雜度是線性的，即O(n)。舉個例子，一個保姆照看一群孩子，如果把孩子是否需要尿尿比作網絡IO事件，select的作用就好比這個保姆挨個詢問每個孩子：你要尿尿嗎？如果孩子回答是，保姆則把孩子拎出來放到另外一個地方。當所有孩子詢問完之後，保姆領著這些要尿尿的孩子去上廁所（處理網絡IO事件）。
select的限制，前面提到FD_SETSIZE宏，這個宏是操作系統定義的。在linux下面通常是1024，也就是說select最多只能管理1024個描述符。如果大於1024的個描述，select將會產生不可預知的行為。那在沒有poll或epoll的情況下，怎樣使用select來處理連接數大於1024的情況呢？答案是使用多線程技術，每個線程單獨使用一個select進行檢測。這樣的話，你的系統能夠處理的並發連接數等於線程數1024。早期的apache就是這種技術來支撐海量連接的。
1.4.epoll工作原理
epoll函數原型：
int epoll_create(int size);
intepoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event);
int epoll_wait(intepfd, struct epoll_event *events, intmaxevents, int timeout);
epoll依賴上述三個函數，既可以完成成千上萬的並發連接管理。epoll使用方式，1）通過epoll_create建立epoll句柄。2）將描述符所感興趣的事件通過epoll_ctl添加到epoll句柄中。3）調用epoll_wait返回所有可讀寫的描述符。
epoll是Linux內核為處理大批量文件描述符而作了改進的epoll，是Linux下多路復用IO接口select/poll的增強版本，它能顯著提高程序在大量並發連接中只有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。另一點原因就是獲取事件的時候，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那種IO事件的水平觸發（Level Triggered）外，還提供了邊緣觸發（Edge Triggered），這就使得用戶空間程序有可能緩存IO狀態，減少epoll_wait/epoll_pwait的調用，提高應用程序效率。
還是以保姆照看一群孩子為例，在epoll機制下，保姆不再需要挨個的詢問每個孩子是否需要尿尿。取而代之的是，每個孩子如果自己需要尿尿的時候，自己主動的站到事先約定好的地方，而保姆的職責就是查看事先約定好的地方是否有孩子。如果有小孩，則領著孩子去上廁所（網絡事件處理）。因此，epoll的這種機制，能夠高效的處理成千上萬的並發連接，而且性能不會隨著連接數增加而下降。
Apache select與Nginx epoll模型區別