Socket 编程发展

    据 w3techs 在 2015 年 8 月 10 日的统计数据表明，在全球 Top 1000 的网站中，有 43.7% 的网站在使用 Nginx，这使得 Nginx 超越了 Apache，成为了高流量网站最信任的 Web 服务器足足有两年时间。已经确定在使用 Nginx 的站点有：Wikipedia，WordPress，Reddit，Tumblr，Pinterest，Dropbox，Slideshare，Stackexchange 等，可以持续罗列好几个小时，他们太多了。

    下图是统计数据：

    select 模型

    下面是 select 函数接口：

    select 函数监视的文件描述符分 3 类，分别是 writefds、readfds 和 exceptfds。

    • 调用后 select 函数会 阻塞，直到有描述符就绪（有数据 可读、可写、或者有 except），或者超时（timeout 指定等待时间，如果想立即返回，设为 null 即可）。
    • 当 select 函数返回后，通过 遍历 fd_set，来找到就绪的描述符。

    select 目前几乎在所有的平台上支持，其良好 跨平台支持 是一大 优点。

    select 的一个 缺点 在于 单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在 Linux 上一般为 1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制，但是这样也会造成效率的降低。

    poll 模型

    不同于 select 使用三个位图来表示三个 fdset 的方式，poll 使用一个 pollfd 的指针实现。

    • 同时，pollfd 并没有最大数量限制（但是数量过大后性能也是会下降）。

    和 select 函数一样，poll 返回后，需要 轮询 pollfd 来获取就绪的描述符。

    从上面看，select 和 poll 都需要在返回后，通过遍历文件描述符来获取已经就绪的 socket。事实上，同时连接的大量客户端在某一时刻可能只有很少的处于就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降。

    epoll 模型

    epoll 的接口如下：

    主要是 epoll_create、epoll_ctl 和 epoll_wait 三个函数。

    • epoll_create 函数创建 epoll 文件描述符，参数 size 并不是限制了 epoll 所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。
    • epoll_ctl 完成对指定描述符 fd 执行 op 操作控制，event 是与 fd 关联的监听事件。op 操作有三种：添加 EPOLL_CTL_ADD，删除 ，修改 EPOLL_CTL_MOD。分别对应着添加、删除和修改对 fd 的监听事件。
    • epoll_wait 等待 epfd 上的 IO 事件，最多返回 maxevents 个事件。

    模型之间的对比

    • 在 select/poll 中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描；

    • 而 epoll 事先通过 epoll_ctl 来注册一个文件描述符，一旦某个文件描述符就绪时，内核会采用类似 callback 的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用 epoll_wait 时便得到通知。

    libevent_benchmark

    epoll 的 优点

    主要是以下几个方面：

    1. IO 的效率不会随着监视的 fd 数量的增长而下降。（如上图所示）

      • epoll 不同于 select 和 poll 轮询的方式，而是通过每个 fd 定义的 回调函数 来实现的。
      • 只有就绪的 fd 才会执行回调函数。

    2. 支持水平触发和边沿触发两种模式：

      • 水平触发模式，文件描述符状态发生变化后，如果没有采取行动，它后面将 反复通知，这种情况下编程相对简单，libevent 等开源库很多都是使用的这种模式。

    3. mmap 加速内核与用户空间的信息传递。