epoll实现多路复用

程序阻塞的过程

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

进程的唤醒

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

用select来监控多个socket

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

缺点：

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.数据到达后还需要遍历所有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

epol可以解决的问题

1.避免频繁的排队等待

2.避免遍历所有socket

第一个问题

socket的处理方式

while True:
    r_list,w_list,x_list = select.select(rlist,wlist,xlist)

每次处理完一次读写后,都需要将所用过冲重复一遍,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,

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

第二个问题

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

完整案例：

linux中提供了epoll 这种多路复用的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

客户端

#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)

epoll实现多路复用

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