epoll爲什麼比select這麼快?

epoll是多路複用IO(I/O Multiplexing)中的一種方式,但是僅用於linux2.6以上內核,在開始討論這個問題之前,先來解釋一下爲什麼需要多路複用IO.

以一個生活中的例子來解釋.

假設你在大學中讀書,要等待一個朋友來訪,而這個朋友只知道你在A號樓,但是不知道你具體住在哪裏,於是你們約好了在A號樓門口見面.

如果你使用的阻塞IO模型來處理這個問題,那麼你就只能一直守候在A號樓門口等待朋友的到來,在這段時間裏你不能做別的事情,不難知道,這種方式的效率是低下的.

現在時代變化了,開始使用多路複用IO模型來處理這個問題.你告訴你的朋友來了A號樓找樓管大媽,讓她告訴你該怎麼走.這裏的樓管大媽扮演的就是多路複用IO的角色.

進一步解釋select和epoll模型的差異.

select版大媽做的是如下的事情:比如同學甲的朋友來了,select版大媽比較笨,她帶着朋友挨個房間進行查詢誰是同學甲,你等的朋友來了,於是在實際的代碼中,select版大媽做的是以下的事情:

int n = select(&readset,NULL,NULL,100);

for (int i = 0; n > 0; ++i)
{
   if (FD_ISSET(fdarray[i], &readset))
   {
      do_something(fdarray[i]);
      --n;
   }
}

epoll版大媽就比較先進了,她記下了同學甲的信息,比如說他的房間號,那麼等同學甲的朋友到來時,只需要告訴該朋友同學甲在哪個房間即可,不用自己親自帶着人滿大樓的找人了.於是epoll版大媽做的事情可以用如下的代碼表示:

n=epoll_wait(epfd,events,20,500);
   
for(i=0;i<n;++i)
{
    do_something(events[n]);
}

在epoll中,關鍵的數據結構epoll_event定義如下:

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 */
        }; 

可以看到,epoll_data是一個union結構體,它就是epoll版大媽用於保存同學信息的結構體,它可以保存很多類型的信息:fd,指針,等等.有了這個結構體,epoll大媽可以不用吹灰之力就可以定位到同學甲.

別小看了這些效率的提高,在一個大規模併發的服務器中,輪詢IO是最耗時間的操作之一.再回到那個例子中,如果每到來一個朋友樓管大媽都要全樓的查詢同學,那麼處理的效率必然就低下了,過不久樓底就有不少的人了.

對比最早給出的阻塞IO的處理模型, 可以看到採用了多路複用IO之後, 程序可以自由的進行自己除了IO操作之外的工作, 只有到IO狀態發生變化的時候由多路複用IO進行通知, 然後再採取相應的操作, 而不用一直阻塞等待IO狀態發生變化了.

從上面的分析也可以看出,epoll比select的提高實際上是一個用空間換時間思想的具體應用.