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我们知道nginx的效率非常高,能处理上万级的并发,其之所以高效离不开epoll的支持,
epoll是什么呢?,epoll是IO模型中的一种,属于多路复用IO模型;
到这里你应该想到了,select,的确select也是一种多路复用的IO模型,但是其单个select最多只能同时处理1024个socket,效率实在算不上高,这时候epoll来救场了
本文从阻塞IO模型的基础上展开讨论,一步步靠近epoll的实现原理,最后以一个简单的epoll案例程序作为结束
亲手写一个epoll,然后去虐面试官吧!
在select的学习过程中我们知道了select 只能同时处理1024个客户端,
而多线程会遇到资源瓶颈,什么才是解决高并发最有效的方式呢
linux中提供了epoll 这种高效的多路复用IO模型
注意其他平台没有相应的实现所以epoll仅在linux中可用
epoll代码实现并不复杂,但是要搞清楚其高效的原理还是需要花一些时间的
我们从最原始的阻塞模型开始分析
假设系统目前运行了三个进程 A B C
进程A正在运行一下socket程序
server = socket.socket()
server.bind(("127.0.0.1",1688))
server.listen()
server.accept()1.系统会创建文件描述符指向一个socket对象 ,其包含了读写缓冲区,已经进行等待队列
2.当执行到accept / recv 时系统会讲进程A 从工作队列中移除
3.将进程A的引用添加到 socket对象的等待队列中
1.当网卡收到数据后会现将数据写入到缓冲区
2.发送中断信号给CPU
3.CPU执行中断程序,将数据从内核copy到socket的缓冲区
4.唤醒进程,即将进程A切换到就绪态,同时从socket的等待队列中移除这个进程引用
select的实现思路比较直接
1.先将所有socket放到一个列表中,
2.遍历这个列表将进程A 添加到每个socket的等待队列中 然后阻塞进程
3.当数据到达时,cpu执行中断程序将数据copy给socket 同时唤醒处于等待队列中的进程A
为了防止重复添加等待队列 还需要移除已经存在的进程A
4.进程A唤醒后 由于不清楚那个socket有数据,所以需要遍历一遍所有socket列表
1.select,需要遍历socket列表,频繁的对等待队列进行添加移除操作,
2.数据到达后还需要给变量所有socket才能获知哪些socket有数据
两个操作消耗的时间随着要监控的socket的数量增加而大大增加,
处于效率考虑才规定了最大只能监视1024个socket
while True:
r_list,w_list,x_list = select.select(rlist,wlist,xlist)
每次处理完一次读写后,都需要将所有过冲重复一遍,包括移除进程,添加进程,默认就会将进程添加到等待队列,并阻塞住进程,然而等待队列的更新操作并不频繁,
所以对于第一个问题epoll采取的方案是,将对等待队列的维护和,阻塞进程这两个操作进行拆分,
相关代码如下
import socket,select
server = socket.socket()
server.bind(("127.0.0.1",1688))
server.listen(5)
#创建epoll事件对象，后续要监控的事件添加到其中
epoll = select.epoll()
#注册服务器监听fd到等待读事件集合
epoll.register(server.fileno(), select.EPOLLIN)
# 等待事件发生
while True:
for sock,event in epoll.poll():
pass在epoll中register 与 unregister函数用于维护等待队列
epoll.poll则用于阻塞进程
这样一来就避免了 每次处理都需要重新操作等待队列的问题
epol为了解决这个问题,在内核中维护了一个就绪列表,
1.创建epoll对象,epoll也会对应一个文件,由文件系统管理
2.执行register时,将epoll对象 添加到socket的等待队列中
3.数据到达后,CPU执行中断程序,将数据copy给socket
4.在epoll中,中断程序接下来会执行epoll对象中的回调函数,传入就绪的socket对象
5.将socket,添加到就绪列表中
6.唤醒epoll等待队列中的进程,
进程唤醒后,由于存在就绪列表,所以不需要再遍历socket了,直接处理就绪列表即可
解决了这两个问题后,并发量得到大幅度提升,最大可同时维护上万级别的socket
import select 导入select模块
epoll = select.epoll() 创建一个epoll对象
epoll.register(文件句柄,事件类型) 注册要监控的文件句柄和事件
事件类型:
select.EPOLLIN 可读事件
select.EPOLLOUT 可写事件
select.EPOLLERR 错误事件
select.EPOLLHUP 客户端断开事件
epoll.unregister(文件句柄) 销毁文件句柄
epoll.poll(timeout) 当文件句柄发生变化，则会以列表的形式主动报告给用户进程,timeout
为超时时间，默认为-1，即一直等待直到文件句柄发生变化，如果指定为1
那么epoll每1秒汇报一次当前文件句柄的变化情况，如果无变化则返回空
epoll.fileno() 返回epoll的控制文件描述符(Return the epoll control file descriptor)
epoll.modfiy(fineno,event) fineno为文件描述符 event为事件类型 作用是修改文件描述符所对应的事件
epoll.fromfd(fileno) 从1个指定的文件描述符创建1个epoll对象
epoll.close() 关闭epoll对象的控制文件描述符#coding:utf-8
#客户端
#创建客户端socket对象
import socket
clientsocket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
#服务端IP地址和端口号元组
server_address = ('127.0.0.1',1688)
#客户端连接指定的IP地址和端口号
clientsocket.connect(server_address)
while True:
#输入数据
data = raw_input('please input:')
if data == "q":
break
if not data:
continue
#客户端发送数据
clientsocket.send(data.encode("utf-8"))
#客户端接收数据
server_data = clientsocket.recv(1024)
print ('客户端收到的数据：',server_data)
#关闭客户端socket
clientsocket.close()服务器:
# coding:utf-8
import socket, select
server = socket.socket()
server.bind(("127.0.0.1", 1688))
server.listen(5)
msgs = []
fd_socket = {server.fileno(): server}
epoll = select.epoll()
# 注册服务器的 写就绪
epoll.register(server.fileno(), select.EPOLLIN)
while True:
for fd, event in epoll.poll():
sock = fd_socket[fd]
print(fd, event)
# 返回的是文件描述符 需要获取对应socket
if sock == server: # 如果是服务器 就接受请求
client, addr = server.accept()
# 注册客户端写就绪
epoll.register(client.fileno(), select.EPOLLIN)
# 添加对应关系
fd_socket[client.fileno()] = client
# 读就绪
elif event == select.EPOLLIN:
data = sock.recv(2018)
if not data:
# 注销事件
epoll.unregister(fd)
# 关闭socket
sock.close()
# 删除socket对应关系
del fd_socket[fd]
print(" somebody fuck out...")
continue
print(data.decode("utf-8"))
# 读完数据 需要把数据发回去所以接下来更改为写就绪=事件
epoll.modify(fd, select.EPOLLOUT)
#记录数据
msgs.append((sock,data.upper()))
elif event == select.EPOLLOUT:
for item in msgs[:]:
if item[0] == sock:
sock.send(item[1])
msgs.remove(item)
# 切换关注事件为写就绪
epoll.modify(fd,select.EPOLLIN)
注意:上述代码只能在linux下运行,因为epoll模型是linux内核提供的,上层代码无法实现!
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原文地址：https://www.cnblogs.com/yangyuanhu/p/11152914.html
