1、基本概念
2、WINDOWS完成端口的特點
3、完成端口（Completion Ports ）相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建
4、完成端口線程的工作原理
5、Windows完成端口的實例代碼
Linux的EPoll模型
1、為什么select落后
2、內(nèi)核中提高I/O性能的新方法epoll
3、epoll的優(yōu)點
4、epoll的工作模式
5、epoll的使用方法
6、Linux下EPOll編程實例
總結(jié)
WINDOWS完成端口編程
摘要：開發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序從來都不是一件容易的事情，盡管只需要遵守很少的一些規(guī)則;創(chuàng)建socket,發(fā)起連接，接受連接，發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。真正的困難在于：讓你的程序可以適應(yīng)從單單一個連接到幾千個連接乃至于上萬個連接。利用Windows平臺完成端口進行重疊I/O的技術(shù)和Linux在2.6版本的內(nèi)核中引入的EPOll技術(shù)，可以很方便在在在Windows和Linux平臺上開發(fā)出支持大量連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序。本文介紹在Windows和Linux平臺上使用的完成端口和EPoll模型開發(fā)的基本原理，同時給出實際的例子。本文主要關(guān)注C/S結(jié)構(gòu)的服務(wù)器端程序，因為一般來說，開發(fā)一個大容量，具可擴展性的winsock程序一般就是指服務(wù)程序。
1、基本概念
設(shè)備---windows操作系統(tǒng)上允許通信的任何東西，比如文件、目錄、串行口、并行口、郵件槽、命名管道、無名管道、套接字、控制臺、邏輯磁盤、物理磁盤等。絕大多數(shù)與設(shè)備打交道的函數(shù)都是CreateFile/ReadFile/WriteFile等。所以我們不能看到**File函數(shù)就只想到文件設(shè)備。與設(shè)備通信有兩種方式，同步方式和異步方式。同步方式下，當(dāng)調(diào)用ReadFile函數(shù)時，函數(shù)會等待系統(tǒng)執(zhí)行完所要求的工作，然后才返回；異步方式下，ReadFile這類函數(shù)會直接返回，系統(tǒng)自己去完成對設(shè)備的操作，然后以某種方式通知完成操作。
重疊I/O----顧名思義，當(dāng)你調(diào)用了某個函數(shù)（比如ReadFile）就立刻返回做自己的其他動作的時候，同時系統(tǒng)也在對I/0設(shè)備進行你要求的操作，在這段時間內(nèi)你的程序和系統(tǒng)的內(nèi)部動作是重疊的，因此有更好的性能。所以，重疊I/O是用于異步方式下使用I/O設(shè)備的。 重疊I/O需要使用的一個非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OVERLAPPED。
2、WINDOWS完成端口的特點
Win32重疊I/O(Overlapped I/O)機制允許發(fā)起一個操作，然后在操作完成之后接受到信息。對于那種需要很長時間才能完成的操作來說，重疊IO機制尤其有用，因為發(fā)起重疊操作的線程在重疊請求發(fā)出后就可以自由的做別的事情了。在WinNT和Win2000上，提供的真正的可擴展的I/O模型就是使用完成端口（Completion Port）的重疊I/O.完成端口---是一種WINDOWS內(nèi)核對象。完成端口用于異步方式的重疊I/0情況下，當(dāng)然重疊I/O不一定非使用完成端口不可，還有設(shè)備內(nèi)核對象、事件對象、告警I/0等。但是完成端口內(nèi)部提供了線程池的管理，可以避免反復(fù)創(chuàng)建線程的開銷，同時可以根據(jù)CPU的個數(shù)靈活的決定線程個數(shù)，而且可以讓減少線程調(diào)度的次數(shù)從而提高性能其實類似于WSAAsyncSelect和select函數(shù)的機制更容易兼容Unix，但是難以實現(xiàn)我們想要的“擴展性”。而且windows的完成端口機制在操作系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)作了優(yōu)化，提供了更高的效率。所以，我們選擇完成端口開始我們的服務(wù)器程序的開發(fā)。
1、發(fā)起操作不一定完成，系統(tǒng)會在完成的時候通知你，通過用戶在完成端口上的等待，處理操作的結(jié)果。所以要有檢查完成端口，取操作結(jié)果的線程。在完成端口上守候的線程系統(tǒng)有優(yōu)化，除非在執(zhí)行的線程阻塞，不會有新的線程被激活，以此來減少線程切換造成的性能代價。所以如果程序中沒有太多的阻塞操作，沒有必要啟動太多的線程，CPU數(shù)量的兩倍，一般這樣來啟動線程。
2、操作與相關(guān)數(shù)據(jù)的綁定方式：在提交數(shù)據(jù)的時候用戶對數(shù)據(jù)打相應(yīng)的標(biāo)記，記錄操作的類型，在用戶處理操作結(jié)果的時候，通過檢查自己打的標(biāo)記和系統(tǒng)的操作結(jié)果進行相應(yīng)的處理。
3、操作返回的方式:一般操作完成后要通知程序進行后續(xù)處理。但寫操作可以不通知用戶，此時如果用戶寫操作不能馬上完成，寫操作的相關(guān)數(shù)據(jù)會被暫存到到非交換緩沖區(qū)中，在操作完成的時候，系統(tǒng)會自動釋放緩沖區(qū)。此時發(fā)起完寫操作，使用的內(nèi)存就可以釋放了。此時如果占用非交換緩沖太多會使系統(tǒng)停止響應(yīng)。
3、完成端口（Completion Ports ）相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)建
其實可以把完成端口看成系統(tǒng)維護的一個隊列，操作系統(tǒng)把重疊IO操作完成的事件通知放到該隊列里，由于是暴露 “操作完成”的事件通知，所以命名為“完成端口”（COmpletion Ports）。一個socket被創(chuàng)建后，可以在任何時刻和一個完成端口聯(lián)系起來。
完成端口相關(guān)最重要的是OVERLAPPED數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
typedef struct _OVERLAPPED {
ULONG_PTR Internal;//被系統(tǒng)內(nèi)部賦值，用來表示系統(tǒng)狀態(tài)
ULONG_PTR InternalHigh;// 被系統(tǒng)內(nèi)部賦值，傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)
union {
struct {
DWORD Offset;//和OffsetHigh合成一個64位的整數(shù)，用來表示從文件頭部的多少字節(jié)開始
DWORD OffsetHigh;//操作，如果不是對文件I/O來操作，則必須設(shè)定為0
};
PVOID Pointer;
};
HANDLE hEvent;//如果不使用，就務(wù)必設(shè)為0,否則請賦一個有效的Event句柄
} OVERLAPPED, *LPOVERLAPPED;
下面是異步方式使用ReadFile的一個例子
OVERLAPPED Overlapped;
Overlapped.Offset=345;
Overlapped.OffsetHigh=0;
Overlapped.hEvent=0;
//假定其他參數(shù)都已經(jīng)被初始化
ReadFile(hFile,buffer,sizeof(buffer),&dwNumBytesRead,&Overlapped);
這樣就完成了異步方式讀文件的操作，然后ReadFile函數(shù)返回，由操作系統(tǒng)做自己的事情，下面介紹幾個與OVERLAPPED結(jié)構(gòu)相關(guān)的函數(shù)
等待重疊I/0操作完成的函數(shù)
BOOL GetOverlappedResult (
HANDLE hFile,
LPOVERLAPPED lpOverlapped,//接受返回的重疊I/0結(jié)構(gòu)
LPDWORD lpcbTransfer,//成功傳輸了多少字節(jié)數(shù)
BOOL fWait //TRUE只有當(dāng)操作完成才返回，F(xiàn)ALSE直接返回，如果操作沒有完成，通過調(diào)//用GetLastError ( )函數(shù)會返回ERROR_IO_INCOMPLETE
);
宏HasOverlappedIoCompleted可以幫助我們測試重疊I/0操作是否完成，該宏對OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的Internal成員進行了測試，查看是否等于STATUS_PENDING值。
一般來說，一個應(yīng)用程序可以創(chuàng)建多個工作線程來處理完成端口上的通知事件。工作線程的數(shù)量依賴于程序的具體需要。但是在理想的情況下，應(yīng)該對應(yīng)一個CPU創(chuàng)建一個線程。因為在完成端口理想模型中，每個線程都可以從系統(tǒng)獲得一個“原子”性的時間片，輪番運行并檢查完成端口，線程的切換是額外的開銷。在實際開發(fā)的時候，還要考慮這些線程是否牽涉到其他堵塞操作的情況。如果某線程進行堵塞操作，系統(tǒng)則將其掛起，讓別的線程獲得運行時間。因此，如果有這樣的情況，可以多創(chuàng)建幾個線程來盡量利用時間。
應(yīng)用完成端口：
創(chuàng)建完成端口：完成端口是一個內(nèi)核對象，使用時他總是要和至少一個有效的設(shè)備句柄進行關(guān)聯(lián)，完成端口是一個復(fù)雜的內(nèi)核對象，創(chuàng)建它的函數(shù)是：
HANDLE CreateIoCompletionPort(
IN HANDLE FileHandle,
IN HANDLE ExistingCompletionPort,
IN ULONG_PTR CompletionKey,
IN DWORD NumberOfConcurrentThreads
);
通常創(chuàng)建工作分兩步：
第一步，創(chuàng)建一個新的完成端口內(nèi)核對象，可以使用下面的函數(shù)：
HANDLE CreateNewCompletionPort(DWORD dwNumberOfThreads)
{
return CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE,NULL,NULL,dwNumberOfThreads);
};
第二步，將剛創(chuàng)建的完成端口和一個有效的設(shè)備句柄關(guān)聯(lián)起來，可以使用下面的函數(shù)：
bool AssicoateDeviceWithCompletionPort(HANDLE hCompPort,HANDLE hDevice,DWORD dwCompKey)
{
HANDLE h=CreateIoCompletionPort(hDevice,hCompPort,dwCompKey,0);
return h==hCompPort;
};
說明
1） CreateIoCompletionPort函數(shù)也可以一次性的既創(chuàng)建完成端口對象，又關(guān)聯(lián)到一個有效的設(shè)備句柄
2） CompletionKey是一個可以自己定義的參數(shù)，我們可以把一個結(jié)構(gòu)的地址賦給它，然后在合適的時候取出來使用，最好要保證結(jié)構(gòu)里面的內(nèi)存不是分配在棧上，除非你有十分的把握內(nèi)存會保留到你要使用的那一刻。
3） NumberOfConcurrentThreads通常用來指定要允許同時運行的的線程的最大個數(shù)。通常我們指定為0，這樣系統(tǒng)會根據(jù)CPU的個數(shù)來自動確定。創(chuàng)建和關(guān)聯(lián)的動作完成后，系統(tǒng)會將完成端口關(guān)聯(lián)的設(shè)備句柄、完成鍵作為一條紀(jì)錄加入到這個完成端口的設(shè)備列表中。如果你有多個完成端口，就會有多個對應(yīng)的設(shè)備列表。如果設(shè)備句柄被關(guān)閉，則表中自動刪除該紀(jì)錄。
4、完成端口線程的工作原理
完成端口可以幫助我們管理線程池，但是線程池中的線程需要我們使用_beginthreadex來創(chuàng)建，憑什么通知完成端口管理我們的新線程呢？答案在函數(shù)GetQueuedCompletionStatus。該函數(shù)原型：
BOOL GetQueuedCompletionStatus(
IN HANDLE CompletionPort,
OUT LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
OUT PULONG_PTR lpCompletionKey,
OUT LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
IN DWORD dwMilliseconds
);
這個函數(shù)試圖從指定的完成端口的I/0完成隊列中抽取紀(jì)錄。只有當(dāng)重疊I/O動作完成的時候，完成隊列中才有紀(jì)錄。凡是調(diào)用這個函數(shù)的線程將被放入到完成端口的等待線程隊列中，因此完成端口就可以在自己的線程池中幫助我們維護這個線程。完成端口的I/0完成隊列中存放了當(dāng)重疊I/0完成的結(jié)果---- 一條紀(jì)錄，該紀(jì)錄擁有四個字段，前三項就對應(yīng)GetQueuedCompletionStatus函數(shù)的2、3、4參數(shù)，最后一個字段是錯誤信息dwError。我們也可以通過調(diào)用PostQueudCompletionStatus模擬完成了一個重疊I/0操作。
當(dāng)I/0完成隊列中出現(xiàn)了紀(jì)錄，完成端口將會檢查等待線程隊列，該隊列中的線程都是通過調(diào)用GetQueuedCompletionStatus函數(shù)使自己加入隊列的。等待線程隊列很簡單，只是保存了這些線程的ID。完成端口會按照后進先出的原則將一個線程隊列的ID放入到釋放線程列表中，同時該線程將從等待GetQueuedCompletionStatus函數(shù)返回的睡眠狀態(tài)中變?yōu)榭烧{(diào)度狀態(tài)等待CPU的調(diào)度。所以我們的線程要想成為完成端口管理的線程，就必須要調(diào)用GetQueuedCompletionStatus函數(shù)。出于性能的優(yōu)化，實際上完成端口還維護了一個暫停線程列表，具體細(xì)節(jié)可以參考《Windows高級編程指南》，我們現(xiàn)在知道的知識，已經(jīng)足夠了。 完成端口線程間數(shù)據(jù)傳遞線程間傳遞數(shù)據(jù)最常用的辦法是在_beginthreadex函數(shù)中將參數(shù)傳遞給線程函數(shù)，或者使用全局變量。但是完成端口還有自己的傳遞數(shù)據(jù)的方法，答案就在于CompletionKey和OVERLAPPED參數(shù)。
CompletionKey被保存在完成端口的設(shè)備表中，是和設(shè)備句柄一一對應(yīng)的，我們可以將與設(shè)備句柄相關(guān)的數(shù)據(jù)保存到CompletionKey中，或者將CompletionKey表示為結(jié)構(gòu)指針，這樣就可以傳遞更加豐富的內(nèi)容。這些內(nèi)容只能在一開始關(guān)聯(lián)完成端口和設(shè)備句柄的時候做，因此不能在以后動態(tài)改變。
OVERLAPPED參數(shù)是在每次調(diào)用ReadFile這樣的支持重疊I/0的函數(shù)時傳遞給完成端口的。我們可以看到，如果我們不是對文件設(shè)備做操作，該結(jié)構(gòu)的成員變量就對我們幾乎毫無作用。我們需要附加信息，可以創(chuàng)建自己的結(jié)構(gòu)，然后將OVERLAPPED結(jié)構(gòu)變量作為我們結(jié)構(gòu)變量的第一個成員，然后傳遞第一個成員變量的地址給ReadFile函數(shù)。因為類型匹配，當(dāng)然可以通過編譯。當(dāng)GetQueuedCompletionStatus函數(shù)返回時，我們可以獲取到第一個成員變量的地址，然后一個簡單的強制轉(zhuǎn)換，我們就可以把它當(dāng)作完整的自定義結(jié)構(gòu)的指針使用，這樣就可以傳遞很多附加的數(shù)據(jù)了。太好了！只有一點要注意，如果跨線程傳遞，請注意將數(shù)據(jù)分配到堆上，并且接收端應(yīng)該將數(shù)據(jù)用完后釋放。我們通常需要將ReadFile這樣的異步函數(shù)的所需要的緩沖區(qū)放到我們自定義的結(jié)構(gòu)中，這樣當(dāng)GetQueuedCompletionStatus被返回時，我們的自定義結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)變量中就存放了I/0操作的數(shù)據(jù)。CompletionKey和OVERLAPPED參數(shù)，都可以通過GetQueuedCompletionStatus函數(shù)獲得。
線程的安全退出
很多線程為了不止一次的執(zhí)行異步數(shù)據(jù)處理，需要使用如下語句
while (true)
{
......
GetQueuedCompletionStatus(...);
......
}
那么如何退出呢，答案就在于上面曾提到的PostQueudCompletionStatus函數(shù)，我們可以用它發(fā)送一個自定義的包含了OVERLAPPED成員變量的結(jié)構(gòu)地址，里面包含一個狀態(tài)變量，當(dāng)狀態(tài)變量為退出標(biāo)志時，線程就執(zhí)行清除動作然后退出。
5、Windows完成端口的實例代碼：
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
ULONG_PTR *PerHandleKey;
OVERLAPPED *Overlap;
OVERLAPPEDPLUS *OverlapPlus,
*newolp;
DWORD dwBytesXfered;
while (1)
{
ret = GetQueuedCompletionStatus(
hIocp,
&dwBytesXfered,
(PULONG_PTR)&PerHandleKey,
&Overlap,
INFINITE);
if (ret == 0)
{
// Operation failed
continue;
}
OverlapPlus = CONTAINING_RECORD(Overlap, OVERLAPPEDPLUS, ol);
switch (OverlapPlus->OpCode)
{
case OP_ACCEPT:
// Client socket is contained in OverlapPlus.sclient
// Add client to completion port
CreateIoCompletionPort(
(HANDLE)OverlapPlus->sclient,
hIocp,
(ULONG_PTR)0,
0);
// Need a new OVERLAPPEDPLUS structure
// for the newly accepted socket. Perhaps
// keep a look aside list of free structures.
newolp = AllocateOverlappedPlus();
if (!newolp)
{
// Error
}
newolp->s = OverlapPlus->sclient;
newolp->OpCode = OP_READ;
// This function divpares the data to be sent
PrepareSendBuffer(&newolp->wbuf);
ret = WSASend(
newolp->s,
&newolp->wbuf,
1,
&newolp->dwBytes,
0,
&newolp.ol,
NULL);
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
// Error
}
}
// Put structure in look aside list for later use
FreeOverlappedPlus(OverlapPlus);
// Signal accept thread to issue another AcceptEx
SetEvent(hAcceptThread);
break;
case OP_READ:
// Process the data read
// Repost the read if necessary, reusing the same
// receive buffer as before
memset(&OverlapPlus->ol, 0, sizeof(OVERLAPPED));
ret = WSARecv(
OverlapPlus->s,
&OverlapPlus->wbuf,
1,
&OverlapPlus->dwBytes,
&OverlapPlus->dwFlags,
&OverlapPlus->ol,
NULL);
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)
{
// Error
}
}
break;
case OP_WRITE:
// Process the data sent, etc.
break;
} // switch
} // while
} // WorkerThread
查看以上代碼，注意如果Overlapped操作立刻失敗（比如，返回SOCKET_ERROR或其他非WSA_IO_PENDING的錯誤），則沒有任何完成通知時間會被放到完成端口隊列里。反之，則一定有相應(yīng)的通知時間被放到完成端口隊列。更完善的關(guān)于Winsock的完成端口機制，可以參考MSDN的Microsoft PlatFormSDK，那里有完成端口的例子。訪問http://msdn.microsoft.com/library/techart/msdn_servrapp.htm可以獲得更多信息。
Linux的EPoll模型
Linux 2.6內(nèi)核中提高網(wǎng)絡(luò)I/O性能的新方法-epoll I/O多路復(fù)用技術(shù)在比較多的TCP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中有使用，即比較多的用到select函數(shù)。
1、為什么select落后
首先，在Linux內(nèi)核中，select所用到的FD_SET是有限的，即內(nèi)核中有個參數(shù)__FD_SETSIZE定義了每個FD_SET的句柄個數(shù)，在我用的2.6.15-25-386內(nèi)核中，該值是1024，搜索內(nèi)核源代碼得到：
include/linux/posix_types.h:#define __FD_SETSIZE 1024
也就是說，如果想要同時檢測1025個句柄的可讀狀態(tài)是不可能用select實現(xiàn)的。或者同時檢測1025個句柄的可寫狀態(tài)也是不可能的。其次，內(nèi)核中實現(xiàn)select是用輪詢方法，即每次檢測都會遍歷所有FD_SET中的句柄，顯然，select函數(shù)執(zhí)行時間與FD_SET中的句柄個數(shù)有一個比例關(guān)系，即select要檢測的句柄數(shù)越多就會越費時。當(dāng)然，在前文中我并沒有提及poll方法，事實上用select的朋友一定也試過poll，我個人覺得select和poll大同小異，個人偏好于用select而已。
2、內(nèi)核中提高I/O性能的新方法epoll
epoll是什么？按照man手冊的說法：是為處理大批量句柄而作了改進的poll。要使用epoll只需要這三個系統(tǒng)調(diào)用：epoll_create(2)， epoll_ctl(2)， epoll_wait(2)。
當(dāng)然，這不是2.6內(nèi)核才有的，它是在2.5.44內(nèi)核中被引進的(epoll(4) is a new API introduced in Linux kernel 2.5.44)
Linux2.6內(nèi)核epoll介紹
先介紹2本書《The Linux Networking Architecture--Design and Implementation of Network Protocols in the Linux Kernel》，以2.4內(nèi)核講解Linux TCP/IP實現(xiàn)，相當(dāng)不錯.作為一個現(xiàn)實世界中的實現(xiàn)，很多時候你必須作很多權(quán)衡，這時候參考一個久經(jīng)考驗的系統(tǒng)更有實際意義。舉個例子,linux內(nèi)核中sk_buff結(jié)構(gòu)為了追求速度和安全，犧牲了部分內(nèi)存，所以在發(fā)送TCP包的時候，無論應(yīng)用層數(shù)據(jù)多大,sk_buff最小也有272的字節(jié).其實對于socket應(yīng)用層程序來說，另外一本書《UNIX Network Programming Volume 1》意義更大一點.2003年的時候，這本書出了最新的第3版本，不過主要還是修訂第2版本。其中第6章《I/O Multiplexing》是最重要的。Stevens給出了網(wǎng)絡(luò)IO的基本模型。在這里最重要的莫過于select模型和Asynchronous I/O模型.從理論上說，AIO似乎是最高效的，你的IO操作可以立即返回，然后等待os告訴你IO操作完成。但是一直以來，如何實現(xiàn)就沒有一個完美的方案。最著名的windows完成端口實現(xiàn)的AIO,實際上也是內(nèi)部用線程池實現(xiàn)的罷了，最后的結(jié)果是IO有個線程池，你應(yīng)用也需要一個線程池...... 很多文檔其實已經(jīng)指出了這帶來的線程context-switch帶來的代價。在linux 平臺上，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)AIO一直是改動最多的地方，2.4的年代就有很多AIO內(nèi)核patch,最著名的應(yīng)該算是SGI那個。但是一直到2.6內(nèi)核發(fā)布，網(wǎng)絡(luò)模塊的AIO一直沒有進入穩(wěn)定內(nèi)核版本(大部分都是使用用戶線程模擬方法，在使用了NPTL的linux上面其實和windows的完成端口基本上差不多了)。2.6內(nèi)核所支持的AIO特指磁盤的AIO---支持io_submit(),io_getevents()以及對Direct IO的支持(就是繞過VFS系統(tǒng)buffer直接寫硬盤，對于流服務(wù)器在內(nèi)存平穩(wěn)性上有相當(dāng)幫助)。
所以，剩下的select模型基本上就是我們在linux上面的唯一選擇，其實，如果加上no-block socket的配置，可以完成一個"偽"AIO的實現(xiàn)，只不過推動力在于你而不是os而已。不過傳統(tǒng)的select/poll函數(shù)有著一些無法忍受的缺點，所以改進一直是2.4-2.5開發(fā)版本內(nèi)核的任務(wù)，包括/dev/poll，realtime signal等等。最終，Davide Libenzi開發(fā)的epoll進入2.6內(nèi)核成為正式的解決方案
3、epoll的優(yōu)點
<1>支持一個進程打開大數(shù)目的socket描述符(FD)
select 最不能忍受的是一個進程所打開的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE設(shè)置，默認(rèn)值是2048。對于那些需要支持的上萬連接數(shù)目的IM服務(wù)器來說顯然太少了。這時候你一是可以選擇修改這個宏然后重新編譯內(nèi)核，不過資料也同時指出這樣會帶來網(wǎng)絡(luò)效率的下降，二是可以選擇多進程的解決方案(傳統(tǒng)的Apache方案)，不過雖然linux上面創(chuàng)建進程的代價比較小，但仍舊是不可忽視的，加上進程間數(shù)據(jù)同步遠(yuǎn)比不上線程間同步的高效，所以也不是一種完美的方案。不過 epoll則沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可以打開文件的數(shù)目，這個數(shù)字一般遠(yuǎn)大于2048,舉個例子,在1GB內(nèi)存的機器上大約是10萬左右，具體數(shù)目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般來說這個數(shù)目和系統(tǒng)內(nèi)存關(guān)系很大。
<2>IO效率不隨FD數(shù)目增加而線性下降
傳統(tǒng)的select/poll另一個致命弱點就是當(dāng)你擁有一個很大的socket集合，不過由于網(wǎng)絡(luò)延時，任一時間只有部分的socket是"活躍"的，但是select/poll每次調(diào)用都會線性掃描全部的集合，導(dǎo)致效率呈現(xiàn)線性下降。但是epoll不存在這個問題，它只會對"活躍"的socket進行操作---這是因為在內(nèi)核實現(xiàn)中epoll是根據(jù)每個fd上面的callback函數(shù)實現(xiàn)的。那么，只有"活躍"的socket才會主動的去調(diào)用 callback函數(shù)，其他idle狀態(tài)socket則不會，在這點上，epoll實現(xiàn)了一個"偽"AIO，因為這時候推動力在os內(nèi)核。在一些 benchmark中，如果所有的socket基本上都是活躍的---比如一個高速LAN環(huán)境，epoll并不比select/poll有什么效率，相反，如果過多使用epoll_ctl,效率相比還有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模擬WAN環(huán)境,epoll的效率就遠(yuǎn)在select/poll之上了。
<3>使用mmap加速內(nèi)核與用戶空間的消息傳遞。
這點實際上涉及到epoll的具體實現(xiàn)了。無論是select,poll還是epoll都需要內(nèi)核把FD消息通知給用戶空間，如何避免不必要的內(nèi)存拷貝就很重要，在這點上，epoll是通過內(nèi)核于用戶空間mmap同一塊內(nèi)存實現(xiàn)的。而如果你想我一樣從2.5內(nèi)核就關(guān)注epoll的話，一定不會忘記手工 mmap這一步的。
<4>內(nèi)核微調(diào)
這一點其實不算epoll的優(yōu)點了，而是整個linux平臺的優(yōu)點。也許你可以懷疑linux平臺，但是你無法回避linux平臺賦予你微調(diào)內(nèi)核的能力。比如，內(nèi)核TCP/IP協(xié)議棧使用內(nèi)存池管理sk_buff結(jié)構(gòu)，那么可以在運行時期動態(tài)調(diào)整這個內(nèi)存pool(skb_head_pool)的大小--- 通過echo XXXX>/proc/sys/net/core/hot_list_length完成。再比如listen函數(shù)的第2個參數(shù)(TCP完成3次握手的數(shù)據(jù)包隊列長度)，也可以根據(jù)你平臺內(nèi)存大小動態(tài)調(diào)整。更甚至在一個數(shù)據(jù)包面數(shù)目巨大但同時每個數(shù)據(jù)包本身大小卻很小的特殊系統(tǒng)上嘗試最新的NAPI網(wǎng)卡驅(qū)動架構(gòu)。
4、epoll的工作模式
令人高興的是，2.6內(nèi)核的epoll比其2.5開發(fā)版本的/dev/epoll簡潔了許多，所以，大部分情況下，強大的東西往往是簡單的。唯一有點麻煩是epoll有2種工作方式:LT和ET。
LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同時支持block和no-block socket.在這種做法中，內(nèi)核告訴你一個文件描述符是否就緒了，然后你可以對這個就緒的fd進行IO操作。如果你不作任何操作，內(nèi)核還是會繼續(xù)通知你的，所以，這種模式編程出錯誤可能性要小一點。傳統(tǒng)的select/poll都是這種模型的代表．
ET (edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在這種模式下，當(dāng)描述符從未就緒變?yōu)榫途w時，內(nèi)核通過epoll告訴你。然后它會假設(shè)你知道文件描述符已經(jīng)就緒，并且不會再為那個文件描述符發(fā)送更多的就緒通知，直到你做了某些操作導(dǎo)致那個文件描述符不再為就緒狀態(tài)了(比如，你在發(fā)送，接收或者接收請求，或者發(fā)送接收的數(shù)據(jù)少于一定量時導(dǎo)致了一個EWOULDBLOCK 錯誤）。但是請注意，如果一直不對這個fd作IO操作(從而導(dǎo)致它再次變成未就緒)，內(nèi)核不會發(fā)送更多的通知(only once),不過在TCP協(xié)議中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark確認(rèn)。
epoll只有epoll_create,epoll_ctl,epoll_wait 3個系統(tǒng)調(diào)用，具體用法請參考http://www.xmailserver.org/linux-patches/nio-improve.html ，在http://www.kegel.com/rn/也有一個完整的例子，大家一看就知道如何使用了
Leader/follower模式線程pool實現(xiàn)，以及和epoll的配合。
5、 epoll的使用方法
首先通過create_epoll(int maxfds)來創(chuàng)建一個epoll的句柄，其中maxfds為你epoll所支持的最大句柄數(shù)。這個函數(shù)會返回一個新的epoll句柄，之后的所有操作將通過這個句柄來進行操作。在用完之后，記得用close()來關(guān)閉這個創(chuàng)建出來的epoll句柄。 之后在你的網(wǎng)絡(luò)主循環(huán)里面，每一幀的調(diào)用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)來查詢所有的網(wǎng)絡(luò)接口，看哪一個可以讀，哪一個可以寫了。基本的語法為：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd為用epoll_create創(chuàng)建之后的句柄，events是一個epoll_event*的指針，當(dāng)epoll_wait這個函數(shù)操作成功之后，epoll_events里面將儲存所有的讀寫事件。max_events是當(dāng)前需要監(jiān)聽的所有socket句柄數(shù)。最后一個timeout是epoll_wait的超時，為0的時候表示馬上返回，為-1的時候表示一直等下去，直到有事件范圍，為任意正整數(shù)的時候表示等這么長的時間，如果一直沒有事件，則范圍。一般如果網(wǎng)絡(luò)主循環(huán)是單獨的線程的話，可以用-1來等，這樣可以保證一些效率，如果是和主邏輯在同一個線程的話，則可以用0來保證主循環(huán)的效率。
epoll_wait范圍之后應(yīng)該是一個循環(huán)，遍利所有的事件：
for(n = 0; n < nfds; ++n) {
if(events[n].data.fd == listener) { //如果是主socket的事件的話，則表示有新連接進入了，進行新連接的處理。
client = accept(listener, (struct sockaddr *) &local,
&addrlen);
if(client < 0){
perror("accept");
continue;
}
setnonblocking(client); // 將新連接置于非阻塞模式
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 并且將新連接也加入EPOLL的監(jiān)聽隊列。
注意，這里的參數(shù)EPOLLIN | EPOLLET并沒有設(shè)置對寫socket的監(jiān)聽，如果有寫操作的話，這個時候epoll是不會返回事件的，如果要對寫操作也監(jiān)聽的話，應(yīng)該是EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET
ev.data.fd = client;
if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, client, &ev) < 0) {
// 設(shè)置好event之后，將這個新的event通過epoll_ctl加入到epoll的監(jiān)聽隊列里面，這里用EPOLL_CTL_ADD來加一個新的epoll事件，通過EPOLL_CTL_DEL來減少一個epoll事件，通過EPOLL_CTL_MOD來改變一個事件的監(jiān)聽方式。
fprintf(stderr, "epoll set insertion error: fd=%d0,
client);
return -1;
}
}
else // 如果不是主socket的事件的話，則代表是一個用戶socket的事件，則來處理這個用戶socket的事情，比如說read(fd,xxx)之類的，或者一些其他的處理。
do_use_fd(events[n].data.fd);
}
對，epoll的操作就這么簡單，總共不過4個API：epoll_create, epoll_ctl, epoll_wait和close。
如果您對epoll的效率還不太了解，請參考我之前關(guān)于網(wǎng)絡(luò)游戲的網(wǎng)絡(luò)編程等相關(guān)的文章。
以前公司的服務(wù)器都是使用HTTP連接，但是這樣的話，在手機目前的網(wǎng)絡(luò)情況下不但顯得速度較慢，而且不穩(wěn)定。因此大家一致同意用SOCKET來進行連接。雖然使用SOCKET之后，對于用戶的費用可能會增加(由于是用了CMNET而非CMWAP)，但是，秉著用戶體驗至上的原則，相信大家還是能夠接受的(希望那些玩家月末收到帳單不后能夠保持克制...)。
這次的服務(wù)器設(shè)計中，最重要的一個突破，是使用了EPOLL模型，雖然對之也是一知半解，但是既然在各大PC網(wǎng)游中已經(jīng)經(jīng)過了如此嚴(yán)酷的考驗，相信他不會讓我們失望，使用后的結(jié)果，確實也是表現(xiàn)相當(dāng)不錯。在這里，我還是主要大致介紹一下這個模型的結(jié)構(gòu)。
6、Linux下EPOll編程實例
EPOLL模型似乎只有一種格式，所以大家只要參考我下面的代碼，就能夠?qū)?strong>EPOLL有所了解了，代碼的解釋都已經(jīng)在注釋中：
while (TRUE)
{
int nfds = epoll_wait (m_epoll_fd, m_events, MAX_EVENTS, EPOLL_TIME_OUT);//等待EPOLL時間的發(fā)生，相當(dāng)于監(jiān)聽，至于相關(guān)的端口，需要在初始化EPOLL的時候綁定。
if (nfds <= 0)
continue;
m_bOnTimeChecking = FALSE;
G_CurTime = time(NULL);
for (int i=0; i
{
try
{
if (m_events[i].data.fd == m_listen_http_fd)//如果新監(jiān)測到一個HTTP用戶連接到綁定的HTTP端口，建立新的連接。由于我們新采用了SOCKET連接，所以基本沒用。
{
OnAcceptHttpEpoll ();
}
else if (m_events[i].data.fd == m_listen_sock_fd)//如果新監(jiān)測到一個SOCKET用戶連接到了綁定的SOCKET端口，建立新的連接。
{
OnAcceptSockEpoll ();
}
else if (m_events[i].events & EPOLLIN)//如果是已經(jīng)連接的用戶，并且收到數(shù)據(jù)，那么進行讀入。
{
OnReadEpoll (i);
}
OnWriteEpoll (i);//查看當(dāng)前的活動連接是否有需要寫出的數(shù)據(jù)。
}
catch (int)
{
PRINTF ("CATCH捕獲錯誤\n");
continue;
}
}
m_bOnTimeChecking = TRUE;
OnTimer ();//進行一些定時的操作，主要就是刪除一些短線用戶等。
}
其實EPOLL的精華，也就是上述的幾段短短的代碼，看來時代真的不同了，以前如何接受大量用戶連接的問題，現(xiàn)在卻被如此輕松的搞定，真是讓人不得不感嘆，對哪。
總結(jié)
Windows完成端口與Linux epoll技術(shù)方案是這2個平臺上實現(xiàn)異步IO和設(shè)計開發(fā)一個大容量，具可擴展性的winsock程序指服務(wù)程序的很好的選擇，本文對這2中技術(shù)的實現(xiàn)原理和實際的使用方法做了一個詳細(xì)的介紹。