Epoll 模型简介

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网络IO的模型中，之前介绍了select模型。select 确实是一个简明好用的模型。可是现在的服务器却越来越少采取这样的模型，原因之一就是它的性能让人担忧。虽然后来升级了poll模型，本质上还是和select模型类似。当然，当一个技术逐渐被人放弃的时候，很大程度上是有了更好的替代方案。没错，还有select/poll模型更好的网络IO模型，就是今天介绍的主角—Epoll。在很多地方，epoll都是高性能代名词，准确的说epoll是Linux内核升级的多路复用IO模型，在Unix和MacOS上类似的则是 Kqueue。

epoll优点

select的缺点之一就是在网络IO流到来的时候，线程会轮询监控文件数组，并且是线性扫描，还有最大值的限制。相比select，epoll则无需如此。服务器主线程创建了epoll对象，并且注册socket和文件事件即可。当数据抵达的时候，也就是对于事件发生，则会调用此前注册的那个io文件。

先看一个python的epoll例子，采用了网络上一段著名的code：

import socket

import select

EOL1 = b'\n\n'

EOL2 = b'\n\r\n'

response = b'HTTP/1.0 200 OK\r\nDate: Mon, 1 Jan 1996 01:01:01 GMT\r\n'

response += b'Content-Type: text/plain\r\nContent-Length: 13\r\n\r\n'

response += b'Hello, world!'

# 创建套接字对象并绑定监听端口

serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

serversocket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

serversocket.bind(('0.0.0.0', 8080))

serversocket.listen(1)

serversocket.setblocking(0)

# 创建epoll对象，并注册socket对象的 epoll可读事件

epoll = select.epoll()

epoll.register(serversocket.fileno(), select.EPOLLIN)

try:

connections = {}

requests = {}

responses = {}

while True:

# 主循环，epoll的系统调用，一旦有网络IO事件发生，poll调用返回。这是和select系统调用的关键区别

events = epoll.poll(1)

# 通过事件通知获得监听的文件描述符，进而处理

for fileno, event in events:

# 注册监听的socket对象可读，获取连接，并注册连接的可读事件

if fileno == serversocket.fileno():

connection, address = serversocket.accept()

connection.setblocking(0)

epoll.register(connection.fileno(), select.EPOLLIN)

connections[connection.fileno()] = connection

requests[connection.fileno()] = b''

responses[connection.fileno()] = response

elif event & select.EPOLLIN:

# 连接对象可读，处理客户端发生的信息，并注册连接对象可写

requests[fileno] += connections[fileno].recv(1024)

if EOL1 in requests[fileno] or EOL2 in requests[fileno]:

epoll.modify(fileno, select.EPOLLOUT)

print('-' * 40 + '\n' + requests[fileno].decode()[:-2])

elif event & select.EPOLLOUT:

# 连接对象可写事件发生，发送数据到客户端

byteswritten = connections[fileno].send(responses[fileno])

responses[fileno] = responses[fileno][byteswritten:]

if len(responses[fileno]) == 0:

epoll.modify(fileno, 0)

connections[fileno].shutdown(socket.SHUT_RDWR)

elif event & select.EPOLLHUP:

epoll.unregister(fileno)

connections[fileno].close()

del connections[fileno]

finally:

epoll.unregister(serversocket.fileno())

epoll.close()

serversocket.close()

可见epoll使用也很简单，并没有过多复杂的逻辑，当然主要是在系统层面封装的好。至于Epoll的原理，也不是三言两语可以解释清楚，作为开发者，先学会如何使用API。

epoll与tornado

既然epoll是一种高性能的网络io模型，很多web框架也采取epoll模型。大名鼎鼎tornado是python框架中一个高性能的异步框架，其底层也是来者epoll的IO模型。
当然，tornado是跨平台的，因此他的网络io，在linux下是epoll，unix下则是kqueue。幸好tornado都做了封装，对于开发者及其友好，下面看一个tornado写的回显例子。

import errno

import functools

import tornado.ioloop

import socket

def handle_connection(connection, address):

""" 处理请求，返回数据给客户端 """

data = connection.recv(2014)

print data

connection.send(data)

def connection_ready(sock, fd, events):

""" 事件回调函数，主要用于socket可读事件，用于获取socket的链接 """

while True:

try:

connection, address = sock.accept()

except socket.error as e:

if e.args[0] not in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):

raise

return

connection.setblocking(0)

handle_connection(connection, address)

if __name__ == '__main__':

sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, 0)

sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)

sock.setblocking(0)

sock.bind(("", 5000))

sock.listen(128)

# 使用tornado封装好的epoll接口，即IOLoop对象

io_loop = tornado.ioloop.IOLoop.current()

callback = functools.partial(connection_ready, sock)

# io_loop对象注册网络io文件描述符和回调函数与io事件的绑定

io_loop.add_handler(sock.fileno(), callback, io_loop.READ)

io_loop.start()

上面的代码来者tornado的模块IOLoop源码的文档，很简明的介绍了在tornado中如何使用网络IO。当然具体的封装实现，可以参考tornado源码获知，在此不做介绍了。