Nginx基础教程（80）Nginx事件机制之epoll系统调用：探秘Nginx事件机制：epoll如何让服务器高并发处理轻松自如？

互联网的背后，是成千上万台高效处理请求的服务器，而Nginx无疑是其中的佼佼者，这一切都要归功于其高效的事件处理机制——epoll。

1. 什么是epoll？为什么Nginx选择它？

简单来说，epoll是Linux内核提供的一种I/O事件通知机制，它能够同时监视大量的文件描述符，并在这些描述符上有事件发生时，及时通知应用程序进行处理。

想象一下，一家餐厅只有一位服务员，他需要照顾所有桌子的客人。传统的方式是依次询问每桌客人是否需要服务（类似于select/poll模型），而epoll则像是客人主动按下服务铃，服务员只需回应响铃的桌子即可。

epoll与select/poll的性能对比

与早期的select和poll相比，epoll有着明显的性能优势。select模型最多只能监视1024个连接，且效率随连接数增加直线下降，而epoll没有连接数限制，且只在活跃连接发生变化时才调用内核API，大大减少了系统资源消耗。

这就是为什么Nginx选择epoll作为其事件处理机制的核心——在高并发环境下，epoll能够以极低的系统开销管理数以万计的并发连接，使Nginx成为一款轻量级且高效的Web服务器和反向代理服务器。

2. epoll的核心工作原理

要理解epoll的强大之处，我们需要深入了解它的工作原理。epoll的工作机制可以分为两个关键阶段：监听和事件处理。

2.1 三剑客：epoll_create、epoll_ctl和epoll_wait

epoll API仅由三个核心系统调用组成，简洁而强大：

1. epoll_create - 创建一个epoll实例，返回该实例的文件描述符。这个实例在内核中维护了一个特殊的数据结构，用于存储被监视的文件描述符。
2. epoll_ctl - 用于管理epoll实例中的文件描述符，可以添加、修改或删除感兴趣的描述符及其事件类型。它接受一个操作类型参数（EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD或EPOLL_CTL_DEL）和一个epoll_event结构体指针，该结构体定义了用户关注的事件类型。
3. epoll_wait - 等待在epoll实例中注册的事件发生，返回已就绪的事件数组，应用程序只需处理这些就绪的事件即可。

2.2 高效的内核数据结构

epoll的高效性源于其在内核中使用的两种关键数据结构：

• 红黑树：用于存储所有被监视的文件描述符，支持高效的动态插入、删除和查找操作，时间复杂度为O(log n)。
• 就绪链表：当监视的文件描述符就绪时，内核会将其添加到这个链表中，epoll_wait只需检查这个链表是否非空即可。

这种设计使得epoll在处理大量文件描述符时，性能不会明显下降，与select/poll的轮询机制形成鲜明对比。

2.3 事件触发模式：LT与ET

epoll支持两种不同的事件触发模式，这也是其灵活性的体现：

• 水平触发（LT）：默认模式，只要文件描述符处于就绪状态（如读缓冲区不为空），每次调用epoll_wait都会通知应用程序。这种方式编程出错可能性小，是select/poll使用的传统模型。
• 边缘触发（ET）：只有当文件描述符状态发生变化时（如从不可读变为可读），才会通知应用程序。这种模式效率更高，但要求应用程序必须一次处理完所有数据，否则可能丢失事件。

Nginx根据不同的使用场景，灵活运用这两种触发模式，以达到最佳性能。

3. Nginx中epoll的集成与实现

Nginx并不是简单地使用epoll，而是对其进行了深度整合和优化，形成了一套完整的事件驱动模型。

3.1 事件驱动架构

Nginx采用异步非阻塞的事件驱动模型，这与传统的多进程/多线程模型有本质区别。在事件驱动模型中，每个worker进程通过一个事件循