epoll与event_pool

最新推荐文章于 2025-07-27 17:28:32 发布

salareo

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CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： glusterfs 文章标签： epoll

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/salareo/article/details/84353594

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本文探讨了在处理多个I/O描述符时所面临的挑战及解决方案，包括使用多进程、多线程、非阻塞I/O、异步I/O等方法，并重点介绍了epoll的工作原理及其在Glusterfs中的实现。

epoll is a scalable I/O event notification . 它在内核2.5.44首次引入，用来取代POSIX select和poll系统调用。

说到select和poll，也就是IO多路转接，在APUE 14.5节有详细介绍:

转自http://blog.youkuaiyun.com/delphiwcdj/article/details/8827659

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当从一个描述符读，然后又写到另一个描述符时，可以在下列形式的循环中使用阻塞I/O：

但是如果需要从多个描述符读，上面的方法是不行的，如果仍旧使用阻塞I/O，那么就可能长时间阻塞在一个描述符上，而另一个描述符虽有很多数据却不能得到及时处理。针对这个问题，有哪些处理方法呢？

    while ( (n = read(STDIN_FILENO, buf,BUFSIZ)) > 0 )  
    {  
                if( write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n )  
                {  
                            printf("write error\n");  
                            return1;  
                }  
    }

方法1：

用fork将一个进程变成两个进程，每个进程处理一条数据通路，即每个进程都执行阻塞read。

问题是：在进程终止时，使程序变得复杂。

方法2：

使用多线程单进程，这避免了终止的复杂性。

问题是：但却要求处理线程之间的同步，依然没有摆脱复杂性。

方法3：

使用单进程非阻塞I/O读数据，即轮询（polling）的方式。将多个描述符都设置为非阻塞的，对第一个描述符发一个read，如果该输入上有数据，则读数据并处理它；如果无数据可读，则read立即返回。然后对第二个描述符做同样的处理。所有描述符处理完之后，等待若干秒然后再进行轮询。

问题是：浪费CPU时间，因为大多数时间实际是无数据可读的，但仍花费时间不断反复执行read系统调用，在多任务系统中应当避免使用这种方法。

方法4：

异步I/O（asynchronous I/O），其思想是：告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作（包括将数据从内核复制到我们自己的缓冲区）完成后通知我们。即，异步I/O模型是由内核通知我们I/O操作合适完成。

问题是：并非所有系统都支持这种机制。

方法5：

使用I/O多路转接（I/Omultiplexing）。先构造一张有关描述符的列表，然后调用一个函数，直到这些描述符中的一个已准备好进行I /O时，该函数才返回，在返回时，此函数告诉进程哪些描述符已准备好可以进行I/O。poll、pselect和select这三个函数使我们能够执行I /O多路转接。即，我们使用select可以等待多个描述符就绪。

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在监控文件数量n很大的时候，select和poll的算法复杂度为O(n)，而epoll的算法复杂度为O(1)。因而性能会提高很多。

epoll只有三个API[1] ：

int epoll_create(int size);

Creates an epoll object and returns its file descriptor.

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

Controls (configures) which file descriptors are watched by this object, and for which events.

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

Waits for any of the registered events, until at least one occurs or the timeout elapses.

Glusterfs使用event_pool封装了epoll。相关代码在libglusterfs/src/event-epoll.c

主要有如下几个函数：

        .new              = event_pool_new_epoll,
        .event_register   = event_register_epoll,
        .event_select_on = event_select_on_epoll,
        .event_unregister = event_unregister_epoll,
        .event_dispatch   = event_dispatch_epoll

static struct event_pool *
event_pool_new_epoll (int count)
{
        struct event_pool *event_pool = NULL;
        int                epfd = -1;

        //申请空间，event_pool封装了下epoll
        event_pool = GF_CALLOC (1, sizeof (*event_pool),
                                gf_common_mt_event_pool);

        event_pool->count = count;
        event_pool->reg = GF_CALLOC (event_pool->count,
                                     sizeof (*event_pool->reg),
                                     gf_common_mt_reg);
        //获得epoll的文件描述符
        epfd = epoll_create (count);

        event_pool->fd = epfd;
        event_pool->count = count;

        pthread_mutex_init (&event_pool->mutex, NULL);
        pthread_cond_init (&event_pool->cond, NULL);

out:
        return event_pool;
}

int
event_register_epoll (struct event_pool *event_pool, int fd,
                      event_handler_t handler,
                      void *data, int poll_in, int poll_out)
{
....
                //如果满了，就扩容1倍
                if (event_pool->count == event_pool->used) {
                        event_pool->count *= 2;

                        event_pool->reg = GF_REALLOC (event_pool->reg,
                                                      event_pool->count *
                                                      sizeof (*event_pool->reg));

                        if (!event_pool->reg) {
                                gf_log ("epoll", GF_LOG_ERROR,
                                        "event registry re-allocation failed");
                                goto unlock;
                        }
                }

                idx = event_pool->used;
                event_pool->used++;
                //向event_pool中加入一个注册信息
                event_pool->reg[idx].fd = fd;
                event_pool->reg[idx].events = EPOLLPRI;
                event_pool->reg[idx].handler = handler;
                event_pool->reg[idx].data = data;
....
                event_pool->changed = 1;

                epoll_event.events = event_pool->reg[idx].events;
                ev_data->fd = fd;
                ev_data->idx = idx;

                //注册到epoll
                ret = epoll_ctl (event_pool->fd, EPOLL_CTL_ADD, fd,
                                 &epoll_event);
 ....