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為什麽 Nginx 的性能要比 Apache 高很多

這得益於Nginx使用了最新的epoll(Linux 2.6內核)和kqueue(freebsd)網絡I/O模型,

而Apache則使用的是傳統的select模型。

目前Linux下能夠承受高並發訪問的Squid、Memcached都采用的是epoll網絡I/O模型。

處理大量的連接的讀寫,Apache所采用的select網絡I/O模型非常低效。

下面用壹個比喻來解析Apache采用的select模型和Nginx采用的epoll模型進行之間的區別:

假設妳在大學讀書,住的宿舍樓有很多間房間,妳的朋友要來找妳。

select版宿管大媽就會帶著妳的朋友挨個房間去找,直到找到妳為止。

而epoll版宿管大媽會先記下每位同學的房間號,

妳的朋友來時,只需告訴妳的朋友妳住在哪個房間即可,不用親自帶著妳的朋友滿大樓找人。

如果來了10000個人,都要找自己住這棟樓的同學時,select版和epoll版宿管大媽,誰的效率更高,不言自明。

同理,在高並發服務器中,輪詢I/O是最耗時間的操作之壹,select和epoll的性能誰的性能更高,同樣十分明了。

epoll - I/O event notification facility

在linux的網絡編程中,很長的時間都在使用select來做事件觸發。

在linux新的內核中,有了壹種替換它的機制,就是epoll。

相比於select,epoll最大的好處在於它不會隨著監聽fd數目的增長而降低效率。

因為在內核中的select實現中,它是采用輪詢來處理的,輪詢的fd數目越多,自然耗時越多。

並且,在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明:

#define __FD_SETSIZE 1024

表示select最多同時監聽1024個fd,當然,可以通過修改頭文件再重編譯內核來擴大這個數目,但這似乎並不治本。

epoll的接口非常簡單,壹***就三個函數:

1. int epoll_create(int size);

創建壹個epoll的句柄,size用來告訴內核這個監聽的數目壹***有多大。

這個參數不同於select()中的第壹個參數,給出最大監聽的fd+1的值。

需要註意的是,當創建好epoll句柄後,它就是會占用壹個fd值,在linux下如果查看/proc/進程id/fd/,

是能夠看到這個fd的,所以在使用完epoll後,必須調用close()關閉,否則可能導致fd被耗盡。

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

epoll的事件註冊函數,它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麽類型的事件,

而是在這裏先註冊要監聽的事件類型。第壹個參數是epoll_create()的返回值,

第二個參數表示動作,用三個宏來表示:

EPOLL_CTL_ADD:註冊新的fd到epfd中;

EPOLL_CTL_MOD:修改已經註冊的fd的監聽事件;

EPOLL_CTL_DEL:從epfd中刪除壹個fd;

第三個參數是需要監聽的fd,第四個參數是告訴內核需要監聽什麽事,struct epoll_event結構如下:

typedef union epoll_data {

void *ptr;

int fd;

__uint32_t u32;

__uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

__uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下幾個宏的集合:

EPOLLIN :表示對應的文件描述符可以讀(包括對端SOCKET正常關閉);

EPOLLOUT:表示對應的文件描述符可以寫;

EPOLLPRI:表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀(這裏應該表示有帶外數據到來);

EPOLLERR:表示對應的文件描述符發生錯誤;

EPOLLHUP:表示對應的文件描述符被掛斷;

EPOLLET: 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式,這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。

EPOLLONESHOT:只監聽壹次事件,當監聽完這次事件之後,

如果還需要繼續監聽這個socket的話,需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裏

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

等待事件的產生,類似於select()調用。

參數events用來從內核得到事件的集合,maxevents告之內核這個events有多大,

這個 maxevents的值不能大於創建epoll_create()時的size,

參數timeout是超時時間(毫秒,0會立即返回,-1將不確定,也有說法說是永久阻塞)。

該函數返回需要處理的事件數目,如返回0表示已超時。

4、關於ET、LT兩種工作模式:

可以得出這樣的結論:

ET模式僅當狀態發生變化的時候才獲得通知,這裏所謂的狀態的變化並不包括緩沖區中還有未處理的數據,

也就是說,如果要采用ET模式,需要壹直read/write直到出錯為止,

很多人反映為什麽采用ET模式只接收了壹部分數據就再也得不到通知了,大多因為這樣;

而LT模式是只要有數據沒有處理就會壹直通知下去的.

那麽究竟如何來使用epoll呢?其實非常簡單。

通過在包含壹個頭文件#include <sys/epoll.h> 以及幾個簡單的API將可以大大的提高妳的網絡服務器的支持人數。

首先通過create_epoll(int maxfds)來創建壹個epoll的句柄,其中maxfds為妳epoll所支持的最大句柄數。

這個函數會返回壹個新的epoll句柄,之後的所有操作將通過這個句柄來進行操作。

在用完之後,記得用close()來關閉這個創建出來的epoll句柄。

之後在妳的網絡主循環裏面,

每壹幀的調用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)

來查詢所有的網絡接口,看哪壹個可以讀,哪壹個可以寫了。基本的語法為:

nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);

其中kdpfd為用epoll_create創建之後的句柄,events是壹個epoll_event*的指針,

當epoll_wait這個函數操作成功之後,epoll_events裏面將儲存所有的讀寫事件。

max_events是當前需要監聽的所有socket句柄數。最後壹個timeout是 epoll_wait的超時,

為0的時候表示馬上返回,為-1的時候表示壹直等下去,直到有事件範圍,為任意正整數的時候表示等這麽長的時間,

如果壹直沒有事件,則範圍。壹般如果網絡主循環是單獨的線程的話,可以用-1來等,這樣可以保證壹些效率,

如果是和主邏輯在同壹個線程的話,則可以用0來保證主循環的效率。

epoll_wait範圍之後應該是壹個循環,遍利所有的事件。

幾乎所有的epoll程序都使用下面的框架:

for( ; ; )

{

nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);

for(i=0;i<nfds;++i)

{

if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的連接

{

connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept這個連接

ev.data.fd=connfd;

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //將新的fd添加到epoll的監聽隊列中

}

else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到數據,讀socket

{

n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0 //讀

ev.data.ptr = md; //md為自定義類型,添加數據

ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改標識符,等待下壹個循環時發送數據,異步處理的精髓

}

else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有數據待發送,寫socket

{

struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr; //取數據

sockfd = md->fd;

send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 ); //發送數據

ev.data.fd=sockfd;

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改標識符,等待下壹個循環時接收數據

}

else

{

//其他的處理

}

}

}

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