【总结笔记】深度理解 Web Server 技术 —— 深入理解 epoll

https://wenfh2020.com/2020/04/23/epoll-code/

1 数据结构

epoll 有 2 个重要数据结构：rbtree 与 ready list。epoll 是有状态的，内核维护 eventpoll 数据结构来管理所要监视的 fd。在 eventpoll 中有一棵红黑树，用来快速查找和修改要监视的 fd；还有一个 ready list 用来收集已经发生事件的 epitem。

2 应用场景

epoll 应用，适合海量数据，一个时间段内部分活跃的用户群体。
优点：与 select、poll 相比，epoll 能够解决惊群效应。

引用：例如 app，正常用户并不是 24 小时都拿起手机玩个不停，可能玩一下，又去干别的事，回头又玩一下，断断续续地操作。即便正在使用 app 也不是连续产生读写通信事件，可能手指点击几下页面，页面产生需要的内容，用户就去浏览内容，不再操作了。换句话说，在海量用户里，同一个时间段内，很可能只有一小部分用户正在活跃，而在这一小部分活跃用户里，又只有一小撮人同时点击页面上的操作。那 epoll 管理海量用户，只需要将这一小撮人产生的事件，及时通知 appserver 处理逻辑即可。

3 接口

1）epoll_create：创建 epoll
2）epoll_ctl：fd 事件注册函数，用户通过这个函数关注 fd 读写事件

//将内核事件表注册读事件，ET模式，选择开启EPOLLONESHOT
void addfd(int epollfd, int fd, bool one_shot)
{
    epoll_event event;
    event.data.fd = fd;
#ifdef connfdET
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLRDHUP;
#endif
#ifdef connfdLT
    event.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP;
#endif
#ifdef listenfdET
    event.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLRDHUP;
#endif
#ifdef listenfdLT
    event.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP;
#endif
    if (one_shot)
        event.events |= EPOLLONESHOT;
    epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    setnonblocking(fd);
}

3）epoll_wait：阻塞等待 fd 事件发生

4 事件

1）EPOLLIN：有可读事件到达；
2）EPOLLOUT：有数据可写；
3）EPOLLERR：文件描述符出错；
4）EPOLLHUP：文件描述符挂断；
5）EPOLLEXCLUSIVE：唯一唤醒事件，解决 epoll_wait 惊群问题。多线程下多个 epoll_wait 同时等待，只唤醒一个 epoll_wait 执行

• 备注：惊群问题

  https://zhuanlan.zhihu.com/p/51251700

  惊群问题是指多进程（多线程）在同时阻塞等待同一个事件的时候，如果该事件发生，则所有阻塞的进程（线程）都会被唤醒，但最终只有一个进程（线程）获得 CPU 控制权，其他进程（线程又得被阻塞），这造成了严重的系统上下文切换代价。
  解决办法：使用锁机制。简单来说，当一个连接来的时候，每个进程的 epoll 事件列表都含有该 fd，抢到锁的进程先释放锁，再 accept，没有抢到锁的进程把该 fd 从事件列表移除，不必再调用 accept，造成资源浪费。

6）EPOLLET：边缘触发模式

4 epoll 的初始化 —— slab 算法

这一 小节主要总结 slab 算法

epoll 初始化时，slab 算法为 epoll 分配资源。何为 slab 算法？
slab 是 Linux 的一种内存分配机制。对于一些小内存对象，如进程描述符，如果使用伙伴算法进行分配和释放，不仅会产生大量内存碎片，处理速度也缓慢。slab 分配器就是一个内存池思想。它将相同类型的对象归为一类（如进程描述符就是一类），每当要申请一个这样的对象，就从 slab 列表分配一个单元出去，释放时，又将该单元归回该对象链表中。