epoll的由来

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https://www.zhihu.com/question/20122137

感谢 @静海听风 @蓝形参

数据流有两个重要的参与者：

1、往流中写入数据者

2、从流中读取数据者

假设两个参与者之间，使用一个缓冲区来存放数据，即a往缓冲区中写入数据，b从缓冲区中读出数据。那么对单个流而言，会存在四种状态：

0、当缓冲区为空时，b阻塞，等待数据到达；

1、当a往缓冲区写入数据时，缓冲区非空，b将被从阻塞状态中唤醒；

2、当a拼命往缓冲区中写入数据，而b没有去读，或读的速度跟不上a写入的速度时，缓冲区满。此时，需要通知a进行阻塞，等待缓冲区中重新腾出空间；

3、当b从缓冲区中读出部分数据后，缓冲区非满，则可以通知a从阻塞状态中醒来；

4、当a不再往缓冲区中写数据，而b一直读，将缓冲区中的数据读完时，将变成缓冲区空，此时通知b进入阻塞状态，等待有数据到来。

当有多个流时，可以考虑用轮训的方式逐一查看每个流目前是否有数据，若有，则进行处理。（非阻塞忙轮询－－一直主动查看流的状态）

缺点：cpu空耗在无用的流缓冲区检查上，浪费时间。

改进：引入一个代理人（select），当代理人感知到有一个或多个流的数据有变化时，再进行轮询检查。（非阻塞轮询－－有流的状态发生变化时，主动检查所有流的状态）

缺点：当只有一个或少数流有更新时，遍历检查所有的流非常浪费时间。（故，亦称为无差别轮询）

改进：当有流的状态改变时，仅处理该流相关的数据变化。（epoll－－event poll，事件轮询，精确到“什么流”发生了“什么事件”）

具体实现是引入了一个红黑树及一个就绪列表。

epoll的关键操作：

1、创建一个epoll对象

epollfd=epoll_create()

此时，会在内核中专属于epoll的高速cache区新建一棵红黑树以及一个就绪列表。

2、往epoll中添加或删除某个流的某个事件

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, socket, EPOLLIN)

epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, socket, EPOLLOUT)

"add"动作会将文件句柄（socket）加入到红黑树中，并向内核注册改句柄的回调函数，当内核检测到该句柄可读或可写时（由中断触发），就将该句柄对应的回调函数加入到就绪列表中。

3、等待事件发生

epoll_wait(epollfd,...)

epoll_wait函数只需要关注就绪列表即可。

当就绪列表中有就绪的socket时，就将这些socket拷贝到用户态，并清空就绪列表。

而后，还会检查这些socket的触法形式（水平出发or边缘触法）

若是水平触发（lt），则若这些socket中还有未处理的事件时，就再把它们加回到就绪列表中；

若是边缘触发（et），则只有当下一次中断到达时，才会把这个socket加回到就绪列表中。

从伪代码上可以更明显的看出三种轮询的区别：

无阻塞忙轮询：

while true{

　　for i in stream[]{

　　　　if i has data

　　　　　　read until unavailable

　　}

}

无阻塞轮询(无差别轮询)：

while true{

　　select(stream[])

　　for i in stream[]{

　　　　if i has data

　　　　　　read until unavailable

　　}

}

事件轮询（epoll）：

while true{

　　active_stream[] = epoll_wait(epollfd)

　　for i in active_stream[]{

　　　　read or write until unavailable

　　}

}