Linux下poll与epoll性能对比及内核源码剖析

"poll和epoll原理分析及在高并发服务器中的应用" 在现代网络编程中，处理大量并发连接是一项核心挑战。`poll` 和 `epoll` 是Linux内核提供的两种I/O多路复用机制，它们允许程序同时监控多个文件描述符（FDs），以高效地管理高并发服务器。本文将深入剖析 `poll` 和 `epoll` 的工作原理，并探讨为何在FD数量较大时，`epoll` 的效率更高。 首先，让我们看看 `poll` 的工作方式。`poll` 系统调用接收一个 `struct pollfd` 数组，数组中包含了待监控的文件描述符和相应的事件类型（读、写等）。在内核2.6.9版本中，`sys_poll` 函数负责处理这个调用。内核会检查用户传递的 `nfds` 是否超过最大限制，然后根据 `timeout` 参数决定等待多久。在等待期间，内核会遍历所有FD，检查它们的状态，如果有事件发生，就返回结果。 `poll` 的主要问题是它需要在每次调用时遍历整个FD集合，这在FD数量庞大时会成为性能瓶颈。当有成千上万的连接时，这种线性扫描的时间复杂度会导致效率低下。 接下来，我们转向 `epoll`。`epoll` 提供了一种更高效的方法来处理大量并发连接。它引入了“事件驱动”的概念，通过 `epoll_create` 创建一个事件池，然后使用 `epoll_ctl` 将需要监控的FD添加到池中。`epoll_wait` 调用会阻塞，直到有事件发生。关键在于，`epoll` 使用了“内核空间的数据结构”和“文件描述符的关联”来优化性能。 在 `epoll` 中，每个被监控的FD都有一个关联的`struct epoll_event` 结构，其中包含事件类型和回调函数。当FD的状态改变时，内核会直接更新这些结构，而不是遍历所有FD。这意味着在事件发生时，`epoll_wait` 只需要检查已经发生改变的FD，大大减少了系统调用的开销。 此外，`epoll` 还支持水平触发（LT）和边缘触发（ET）两种模式。水平触发意味着只要FD的状态满足所请求的事件，就会一直返回该事件，直到FD的状态不再满足为止。边缘触发则只在状态从不满足变为满足的瞬间返回事件，这样可以避免不必要的轮询，提高效率。 在高并发服务器的场景下，`epoll` 的这些优化使得它成为首选。它能够以更低的系统开销处理大量并发连接，从而实现更高的吞吐量和更低的延迟。由于 `epoll` 在内核层面进行了优化，因此它更适合于大型服务器应用，如Web服务器、数据库服务器以及任何需要处理大量并发连接的系统。 `poll` 和 `epoll` 都是I/O多路复用技术，但 `epoll` 通过内核数据结构的优化和事件触发机制，显著提升了在大规模并发环境下的性能。在开发高并发服务器时，理解并正确使用 `epoll` 是提升系统效率的关键。