Epoll 模型简介

网络IO的模型中，之前介绍了select模型。select 确实是一个简明好用的模型。可是现在的服务器却越来越少采取这样的模型，原因之一就是它的性能让人担忧。虽然后来升级了poll模型，本质上还是和select模型类似。当然，当一个技术逐渐被人放弃的时候，很大程度上是有了更好的替代方案。没错，还有select/poll模型更好的网络IO模型，就是今天介绍的主角---Epoll。在很多地方，epoll都是高性能代名词，准确的说epoll是Linux内核升级的多路复用IO模型，在Unix和MacOS上类似的则是 Kqueue。

epoll优点

select的缺点之一就是在网络IO流到来的时候，线程会轮询监控文件数组，并且是线性扫描，还有最大值的限制。相比select，epoll则无需如此。服务器主线程创建了epoll对象，并且注册socket和文件事件即可。当数据抵达的时候，也就是对于事件发生，则会调用此前注册的那个io文件。

先看一个python的epoll例子，采用了网络上一段著名的code：

import socket
import select

EOL1 = b'\n\n'
EOL2 = b'\n\r\n'
response = b'HTTP/1.0 200 OK\r\nDate: Mon, 1 Jan 1996 01:01:01 GMT\r\n'
response += b'Content-Type: text/plain\r\nContent-Length: 13\r\n\r\n'
response += b'Hello, world!'

# 创建套接字对象并绑定监听端口
serversocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
serversocket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
serversocket.bind(('0.0.0.0', 8080))
serversocket.listen(1)
serversocket.setblocking(0)

# 创建epoll对象，并注册socket对象的 epoll可读事件
epoll = select.epoll()
epoll.register(serversocket.fileno(), select.EPOLLIN)

try:
    connections = {}
    requests = {}
    responses = {}
    while True:
        # 主循环，epoll的系统调用，一旦有网络IO事件发生，poll调用返回。这是和select系统调用的关键区别
        events = epoll.poll(1)
        # 通过事件通知获得监听的文件描述符，进而处理
        for fileno, event in events:
            # 注册监听的socket对象可读，获取连接，并注册连接的可读事件
            if fileno == serversocket.fileno():
                connection, address = serversocket.accept()
                connection.setblocking(0)
                epoll.register(connection.fileno(), select.EPOLLIN)
                connections[connection.fileno()] = connection
                requests[connection.fileno()] = b''
                responses[connection.fileno()] = response
            elif event & select.EPOLLIN:
                # 连接对象可读，处理客户端发生的信息，并注册连接对象可写
                requests[fileno] += connections[fileno].recv(1024)
                if EOL1 in requests[fileno] or EOL2 in requests[fileno]:
                    epoll.modify(fileno, select.EPOLLOUT)
                    print('-' * 40 + '\n' + requests[fileno].decode()[:-2])
            elif event & select.EPOLLOUT:
                # 连接对象可写事件发生，发送数据到客户端
                byteswritten = connections[fileno].send(responses[fileno])
                responses[fileno] = responses[fileno][byteswritten:]
                if len(responses[fileno]) == 0:
                    epoll.modify(fileno, 0)
                    connections[fileno].shutdown(socket.SHUT_RDWR)
            elif event & select.EPOLLHUP:
                epoll.unregister(fileno)
                connections[fileno].close()
                del connections[fileno]
finally:
    epoll.unregister(serversocket.fileno())
    epoll.close()
    serversocket.close()

可见epoll使用也很简单，并没有过多复杂的逻辑，当然主要是在系统层面封装的好。至于Epoll的原理，也不是三言两语可以解释清楚，作为开发者，先学会如何使用API。

epoll与tornado

既然epoll是一种高性能的网络io模型，很多web框架也采取epoll模型。大名鼎鼎tornado是python框架中一个高性能的异步框架，其底层也是来者epoll的IO模型。
当然，tornado是跨平台的，因此他的网络io，在linux下是epoll，unix下则是kqueue。幸好tornado都做了封装，对于开发者及其友好，下面看一个tornado写的回显例子。

import errno
import functools
import tornado.ioloop
import socket


def handle_connection(connection, address):
    """ 处理请求，返回数据给客户端 """
    data = connection.recv(2014)
    print data
    connection.send(data)


def connection_ready(sock, fd, events):
    """ 事件回调函数，主要用于socket可读事件，用于获取socket的链接 """
    while True:
        try:
            connection, address = sock.accept()
        except socket.error as e:
            if e.args[0] not in (errno.EWOULDBLOCK, errno.EAGAIN):
                raise
            return
        connection.setblocking(0)
        handle_connection(connection, address)


if __name__ == '__main__':
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM, 0)
    sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
    sock.setblocking(0)
    sock.bind(("", 5000))
    sock.listen(128)
    # 使用tornado封装好的epoll接口，即IOLoop对象
    io_loop = tornado.ioloop.IOLoop.current()
    callback = functools.partial(connection_ready, sock)
    # io_loop对象注册网络io文件描述符和回调函数与io事件的绑定
    io_loop.add_handler(sock.fileno(), callback, io_loop.READ)
    io_loop.start()

上面的代码来者tornado的模块IOLoop源码的文档，很简明的介绍了在tornado中如何使用网络IO。当然具体的封装实现，可以参考tornado源码获知，在此不做介绍了。