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Apache select和Nginx epoll模型区别  

2017-07-24 15:19:19|  分类: Linux/Unix |  标签: |举报 |字号 订阅

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部分内容摘自跟老男孩学Linux运维:Web集群实战(运维人员必备书籍)

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1.select epoll模型

.IO模型概述

     通常来,网IO可以抽象成用户态和内核态之间的数据交换。一次网络数据读取操作(read),可以拆分成两个步骤:1)网卡驱动等待数据准备好(内核态)2)将数据从内核空间拷贝到进程空间(用户态)。根据这两个步骤处理方式不一样,我们通常把网络IO划分成阻塞IO和非阻塞IO。

      ·阻塞IO。用户调用网IO相关的系统调(例如read),如果此内核网卡没有取到网数据,那么本次系统调用将会一直阻塞,直到对端系统发送的数据到达为止。如果对端一直没有发送数据,则本次调用将永远不会返回。

      · 非阻塞IO。当用户调用网IO相关的系统调(例如read),如果此内核网络还没有收到网数据,那么本次系统调用将会立即返回,并返回一个EAGAIN错误码

在没有IO多路复用技之前,由于没有一种好的方式来探IO是否可可写。因此,了增加系的并发连接量,一般是借助多线程或多程的方式来增加系的并发连接数。但是种方式有个问题就是系的并发连接数受限于操作系的最大线程或程数,并且随着操作系线程或程数增加,将会引大量的上下文切致系的性能急下降。了解决问题,操作系引入了IO多路接技IO multiplexing)。

.  IO多路技术

    IO多路转接技术其实就是使用select、epoll等操作系统提供的系统调用来检测IO事件的各种机制。通过select、epoll等机制,我们可以很轻松的同时管理大量的网络IO连接,并且获取到处于活跃状态的连接。当其中一个或多个发生网络IO事件时,select、epoll等系统调用就会返回相应的连接,我们就可以对这些连接进行读取或写入操作,从而完成网络数据交互。

工作原理

       select函数原型:

        int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

          select各个参数明:

               ·  nfds

这个参数的值一般设置为读集合(readfds)、写集合(writefds)以及exceptfds(异常集合)中最大的描述符(fd)+1,当然也可以设置为FD_SETSIZE。FD_SETSIZE是操作系统定义的一个宏,一般是1024。也就是说读写以及异常集合大小的最大值是1024,所以使用select最多只能管理1024个连接。如果大于1024个连接,select将会产生不确定行为。

· readfds

指向可读描述符集的指针,如果我们关心连接的可读事件,需要把连接的描述符设置到读集合中。

·writefds

指向可写描述符集的指,如果我关心接的可写事件,需要把接的描述符置到可写集合中。

· exceptfds

指向异常描述符集的指,如果我关心接的是否生异常,需要把接的描述符置到异常描述符集合中。

·timeout

select愿意等待的时间

                      struct timeval {

                                           longtv_sec;      //秒数

                                           longtv_usec;    //微秒数

                                   }

                一般来,分三种情况:

·timeout空,select将会永等待。直到有接可读、可写或者被信号中断时返回。

·timeout->tv_sec = 0 且 timeout->tv_usec = 0,完全不等待。检测所有指定的描述符后立即返回。这是得到多个描述符的状态而不阻塞select函数的轮询方法。

·timeout->tv_sec != 且 timeout->tv_usec != 0,等待指定的秒数和微秒数。当指定的描述符之一已经准备好,或者超过了指定的时间值,则立即返回。如果超时了,还没有一个描述符准备好,则返回0。

     select的工作原理,select过轮询来检测各个集合中的描述符fd)的状,如果描述符的状态发生改变,则会在该集合中设置相应的标记位;如果指定描述符的状态没有发生改变,则将该描述符从对应集合中移除。因此,select的调用复杂度是线性的,即O(n)。举个例子,一个保姆照看一群孩子,如果把孩子是否需要尿尿比作网络IO事件,select的作用就好比这个保姆挨个询问每个孩子:你要尿尿吗?如果孩子回答是,保姆则把孩子拎出来放到另外一个地方。当所有孩子询问完之后,保姆领着这些要尿尿的孩子去上厕所(处理网络IO事件)。

    select的限制,前面提到FD_SETSIZE宏,这个宏是操作系统定义的。在Linux下面通常是1024,也就是说select最多只能管理1024个描述符。如果大于1024的个描述,select将会产生不可预知的行为。那在没有poll或epoll的情况下,怎样使用select来处理连接数大于1024的情况呢?答案是使用多线程技术,每个线程单独使用一个select进行检测。这样的话,你的系统能够处理的并发连接数等于线程数*1024。早期的apache就是这种技术来支撑海量连接的。

工作原理

  epoll函数原型:

        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上述三个函数,既可以完成成千上万的并发连接管理。epoll使用方式,1)通epoll_create建立epoll句柄。2)将描述符所感趣的事件通epoll_ctl添加到epoll句柄中。3epoll_wait返回所有可写的描述符。

  epolllinux内核为处理大批量文件描述符而作了改epoll,是Linux下多路复用IO接口select/poll的增版本,它能著提高程序在大量发连中只有少量活的情况下的系CPU利用率。另一点原因就是取事件的候,它无整个被听的描述符集,只要遍那些被内核IO事件异步醒而加入Ready列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触Level Triggered)外,提供了边缘Edge Triggered),就使得用程序有可能IO,减少epoll_wait/epoll_pwait用,提高用程序效率。

      还是以保姆照看一群孩子为例,在epoll机制下,保姆不再需要挨个的询问每个孩子是否需要尿尿。取而代之的是,每个孩子如果自己需要尿尿的时候,自己主动的站到事先约定好的地方,而保姆的职责就是查看事先约定好的地方是否有孩子。如果有小孩,则领着孩子去上厕所(网络事件处理)。因此,epoll的这种机制,能够高效的处理成千上万的并发连接,而且性能不会随着连接数增加而下降。

epoll

上所述,selectepoll比如下表所示


select

epoll

性能

随着接数增加,急下降。理成千上万并发连接数,性能很差。

随着接数增加,性能基本上没有下降。理成千上万并发连,性能很好。

接数

连接数有限制,处理的最大连接数不超过1024。如果要处理超过1024个连接数,则需要修改FD_SETSIZE宏,并重新编译 。

接数无限制。

内在处理机制

线性轮询

回调callback

开发复杂性

 

老男孩教育最新课程selectepoll简单区别比喻

select的调用复杂度是线性的,即O(n)。举个例子,一个保姆照看一群孩子,如果把孩子是否需要尿尿比作网络IO事件,select的作用就好比这个保姆挨个询问每个孩子:你要尿尿吗?如果孩子回答是,保姆则把孩子拎出来放到另外一个地方。当所有孩子询问完之后,保姆领着这些要尿尿的孩子去上厕所(处理网络IO事件)。

还是以保姆照看一群孩子为例,在epoll机制下,保姆不再需要挨个的询问每个孩子是否需要尿尿。取而代之的是,每个孩子如果自己需要尿尿的时候,自己主动的站到事先约定好的地方,而保姆的职责就是查看事先约定好的地方是否有孩子。如果有小孩,则领着孩子去上厕所(网络事件处理)。因此,epoll的这种机制,能够高效的处理成千上万的并发连接,而且性能不会随着连接数增加而下降。


from: http://blog.csdn.net/wma664620/article/details/54234132


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