epoll惊群原因分析
考虑如下情况(实际一般不会做,这里只是举个例子):
- 在主线程中创建一个socket、绑定到本地端口并监听
- 在主线程中创建一个epoll实例(epoll_create(2))
- 将监听socket添加到epoll中(epoll_ctl(2))
- 创建多个子线程,每个子线程都共享步骤2里创建的同一个epoll文件描述符,然后调用epoll_wait(2)等待事件到来accept(2)
- 请求到来,新连接建立
这里的问题就是,在第5步的时候,会有多少个线程被唤醒而从epoll_wait()调用返回?答案是不一定,可能只有一个,也可能有部分,也可能是全部。当然在多个线程都唤醒的情况下,只会有一个线程accept()调用会成功。
为何如此?从内核代码分析,原因如下:
在调用epoll_wait(2)的时候,设置的epoll的等待队列回调函数是default_wake_function,添加队列的时候调用的是__add_wait_queue_exclusive()。
ep_poll_callback()中唤醒操作调用的是wake_up_locked(&ep->wq),最终会调用__wake_up_common,后者会判断exclusive标志:
static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, int wake_flags, void *key) { wait_queue_t *curr, *next; list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) { unsigned flags = curr->flags; if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) break; } }
因为__wake_up_common()的调用是从wake_up_locked()开始的,__wake_up_common的各个参数值为:
- q: struct eventpoll.wq
- mode: TASK_NORMAL
- nr_exclusive:1
- wake_flags: 0
- key:NULL。
局部变量curr的值可以通过epoll_wait()的源码得到,具体为:
- curr->flags: WQ_FLAG_EXCLUSIVE
- curr->func: default_wake_function
default_wake_function调用的是try_to_wake_up。而try_to_wake_up只有在要唤醒的进程状态不是TASK_NORMAL时才会返回0,TASK_NORMAL的定义是(TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE)。
因此__wake_up_common里的if条件会在第一次判断的时候就满足,唤醒一个进程后便返回了,那为什么实际测试会发现有多个进程被唤醒呢?
原因就在于这个唯一被唤醒的进程。
当某个等待在epoll实例上的进程被唤醒后,最终会进入到ep_scan_ready_list() 这个函数中,ep_scan_ready_list()会以回调方式调用ep_send_events_proc()来将数据复制到用户空间。而ep_scan_ready_list()函数在返回之前会再次判断epoll的就绪链表rdllist是否为空,如果不为空的话,就会再唤醒其他进程!下面就是ep_scan_ready_list()返回之前的判断操作:
if (!list_empty(&ep->rdllist)) { /* * Wake up (if active) both the eventpoll wait list and * the ->poll() wait list (delayed after we release the lock). */ if (waitqueue_active(&ep->wq)) wake_up_locked(&ep->wq); if (waitqueue_active(&ep->poll_wait)) pwake++; }
而在水平触发方式下,从就绪链表中移出来的文件描述符,如果当前仍有事件就绪(可读、可写等),会在复制到用户空间后被再次添加到就绪链表中:
if (epi->event.events & EPOLLONESHOT) epi->event.events &= EP_PRIVATE_BITS; else if (!(epi->event.events & EPOLLET)) { /* * If this file has been added with Level * Trigger mode, we need to insert back inside * the ready list, so that the next call to * epoll_wait() will check again the events * availability. At this point, no one can insert * into ep->rdllist besides us. The epoll_ctl() * callers are locked out by * ep_scan_ready_list() holding "mtx" and the * poll callback will queue them in ep->ovflist. */ list_add_tail(&epi->rdllink, &ep->rdllist); ep_pm_stay_awake(epi); }
因此在水平触发模式下,被唤醒的进程又会去唤醒其他进程,除非当前事件已经被处理完或者所有进程都已经被唤醒(被唤醒的进程会从epoll等待队列上移除)。