深入剖析epoll

select的不足

在IO多路复用中select（poll）有诸多限制，很多人会说select的缺点是在Linux内核中，select所用到的FD_SET是有限的，（内核中有个参数__FD_SETSIZE定义了每个FD_SET的句柄个数）。但是更重要的缺点却触及不到:

1. select 采用的是轮询机制，select被调用时fd_set会被遍历，导致其时间复杂度为O（n）。
2. 内核/用户空间拷贝问题：当有事件发生，且select轮询完后，fd_set会从内核态拷贝到用户态

当并发上来后，轮询的低效率和频繁的内核态用户态切换会导致select的性能急剧下降：

epoll的内部调用流程

(0) 红黑树是在mmap出的内存上的，减少了用户空间和内核空间的拷贝
(1) epoll_wait调用ep_poll，当rdlist为空（无就绪fd）时挂起当前进程，知道rdlist不空时进程才被唤醒。
(2) 文件fd状态改变（buffer由不可读变为可读或由不可写变为可写），导致相应fd上的回调函数ep_poll_callback()被调用。
(3) ep_poll_callback将相应fd对应epitem加入rdlist，导致rdlist不空，进程被唤醒，epoll_wait得以继续执行。
(4) ep_events_transfer函数将rdlist中的epitem拷贝到txlist中，并将rdlist清空。
(5) ep_send_events函数，它扫描txlist中的每个epitem，调用其关联fd对用的poll方法。之后将取得的events和相应的fd发送到用户空间（封装在struct epoll_event，从epoll_wait返回）。
(6) 如果这个epitem对应的fd是LT模式监听且取得的events是用户所关心的，则将其重新加入回rdlist。否则（ET模式）不在加入rdlist。

ET模式与LT模式的不同

ET和LT模式下的epitem都可以通过插入红黑树时的回调（ep_poll_callback）方式加入rdlist从而唤醒epoll_wait，但LT模式下的epitem还可以通过txlist（ep_send_events）重新加入rdlist唤醒epoll_wait。所以ET模式下，fd就绪，只会被通知一次，而LT模式下只要满足相应读写条件就返回就绪（通过txlist加入rdlist）。

2.1 直接回调插入：fd状态改变才会触发。

对于读取操作：

(1) 当buffer由不可读状态变为可读的时候，即由空变为不空的时候。

(2) 当有新数据到达时，即buffer中的待读内容变多的时候。

对于写操作：

(1) 当buffer由不可写变为可写的时候，即由满状态变为不满状态的时候。

(2) 当有旧数据被发送走时，即buffer中待写的内容变少得时候。

2.2 txlist（ep_send_events）：fd的events中有相应的事件（位置1）即会触发。

对于读操作：

(1) buffer中有数据可读的时候，即buffer不空的时候fd的events的可读为就置1。

对于写操作：

(1) buffer中有空间可写的时候，即buffer不满的时候fd的events的可写位就置1。

3 总结

与select相比，epoll的回调机制使得资源能够直接使用在有活动的事件上，而不用线性轮询所有的事件。同时 epoll通过内核与用户空间mmap同一块内存，减少了用户空间和内核空间的数据交换，解决了select的重要痛点。

另一方面，LT是epoll的默认操作模式，当epoll_wait函数检测到有事件发生并将通知应用程序，而应用程序不一定必须立即进行处理，这样epoll_wait函数再次检测到此事件的时候还会通知应用程序，直到事件被处理。

而ET模式，只要epoll_wait函数检测到事件发生，通知应用程序立即进行处理，后续的epoll_wait函数将不再检测此事件。因此ET模式在很大程度上降低了同一个事件被epoll触发的次数，因此效率比LT模式高。