Троан Эрик В.
Шрифт:
В определенной системе при не очень высоком значении
HIGH_FD
, равном 2, программа показала, что ядро за секунду может обрабатывать в четыре раза больше вызовов poll
, чем вызовов select
. При увеличении HIGH_FD
до 1000 эффективность poll
становится в 40 раз выше, чем у select
. 13.1.5. Мультиплексирование с помощью
epoll
В версии 2.6 ядра Linux был предложен третий метод для мультиплексированного ввода-вывода по имени
epoll
. Будучи более сложным, чем poll
или select
, epoll
ликвидирует узкие места, связанные с производительностью, которые характерны для обоих методов. Оба системных вызова
poll
и select
передают на проверку полный список файловых дескрипторов при каждом вызове. Каждый из этих дескрипторов должен быть обработан системным вызовом, даже если только один из них готов к чтению или записи. Когда проверяются десятки, сотни или тысячи файловых дескрипторов, эти системные вызовы превращаются в узкие места; ядро тратит много времени на выяснение того, какие именно файловые дескрипторы приложению необходимо проверить. При использовании
epoll
приложения обеспечивают ядро списком файловых дескрипторов для проверки с помощью одного системного вызова, а затем для проверки этих дескрипторов с помощью другого системного вызова. После создания списка ядро постоянно проверяет эти дескрипторы для событий, интересующих приложение [79] , а затем сообщает о событии. Как только приложение запрашивает у ядра файловые дескрипторы, готовые для дальнейшей обработки, ядро предоставляет список без необходимости проверки каждого файлового дескриптора.79
Фактически ядро устанавливает обратный вызов для каждого файла, а затем, когда происходит событие, активизирует обратный вызов. Этот механизм устраняет проблемы масштабируемости при очень большом количестве файловых дескрипторов, поскольку опрос не используется в каждой точке.
Преимущества в плане производительности
epoll
требуют более сложного, чем у poll
или select
, интерфейса системных вызовов. В то время как poll
использует массив struct pollfd
для предоставления набора файловых дескрипторов, a select
с той же целью — три разных структуры fd_set
, epoll
перемещает эти наборы файловых дескрипторов в ядро, а не хранит их в адресном пространстве программы. На каждый из этих наборов ссылаются с помощью дескриптора epoll
, являющегося файловым дескриптором, который можно применять только для системных вызовов epoll
. Новые дескрипторы epoll распределяются системным вызовом epoll_create
. #include <sys/epoll.h>
int epoll_create (int numDescriptors);
Единственный параметр
numDescriptors
— это наилучшее предположение программы о том, на какое количество файловых дескрипторов будет ссылаться заново созданный дескриптор epoll
. Это не жесткий предел, это просто подсказка ядру для более точной инициализации его внутренних структур. epoll_create
возвращает дескриптор epoll
, а когда программа заканчивает работу с дескриптором, его следует передать close
, чтобы позволить ядру освободить память, используемую этим дескриптором. Хотя дескриптор
epoll
является файловым дескриптором, его следует применять только с двумя системными вызовами. #include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents,
int timeout);
Большинство этих параметров используют структуру
struct epoll_event
, которая определяется, как показано ниже. #include <sys/epoll.h>
struct epoll_event {
int events;
union {
void * ptr;
int fd;
unsigned int u32;
unsigned long long u64;
} data;
};
Эта структура обслуживает три цели: определяет, какие типы событий следует проверять, определяет типы произошедших событий и ассоциирует отдельный элемент данных с файловым дескриптором. Поле
events
предназначено для первых двух функций и является одной или несколькими перечисленными далее значениями, объединенными с помощью логического "ИЛИ" [80] .80
EPOLLET
— это еще одно значение, которое может иметь events
, переключающее epoll
с запуска уровнем на запуск фронтом сигнала. Эта тема выходит за рамки настоящей книги, и epoll
, запускаемую фронтом, следует применять только в особых случаях. EPOLLIN | Определяет, что операция read не блокируется; данные или уже готовы, или их уже не осталось для считывания. |
EPOLLOUT | Связанный файл готов для записи. |
EPOLLPRI | Файл имеет внешние данные, готовые для чтения. |
Второй элемент
struct epoll_event, data
, представляет собой объединение, содержащее целое число (для хранения файлового дескриптора), указатель, а также 32- и 64-битные целые числа [81] . Этот элемент данных хранится в epoll
и возвращается в программу всякий раз, когда происходит событие подходящего типа. Элемент data
— это единственный способ, с помощью которого программе нужно выяснить, какой файловый дескриптор необходимо обслужить; интерфейс epoll
не передает файловый дескриптор программе, в отличие от poll
и select
(если data
не содержит файловый дескриптор). Этот метод обеспечивает дополнительную гибкость приложениям, которые отслеживают файлы как нечто, более сложное, чем простые файловые дескрипторы.81
Структура, показанная в тексте, предоставляет правильные размеры элементов на большинстве платформ, но они неправильны для машин, в которых
int
имеет 64 бита. Системный вызов
epoll_ctl
добавляет файловые дескрипторы к набору, на который ссылается дескриптор epfdepoll
, и удаляет их из него. Второй параметр,
op
, описывает, каким образом следует модифицировать набор файловых дескрипторов, и является одним из перечисленных ниже. EPOLL_CTL_ADD | Файловый дескриптор fd добавляется к набору файловых дескрипторов набором событий events . Если файловый дескриптор уже присутствует, он возвращает EEXIST . (Несколько потоков могут добавлять тот же файловый дескриптор к набору epoll более одного раза, но это действие ничего не меняет.) |
EPOLL_CTL_DEL | Файловый дескриптор fd удаляется из контролируемого набора файловых дескрипторов. Параметр events должен указывать на struct epoll_event , но содержимое этой структуры игнорируется. (Это еще раз доказывает, что events должен быть допустимым указателем; он не может быть NULL .) |
EPOLL_CTL_MOD | Системный вызов struct epoll_event для fd обновляется на основе информации, на которую указывает events . Это позволяет контролировать набор событий и обновлять элемент данных, ассоциируемый с файловым дескриптором, не создавая условий состязания. |