一 內(nèi)核接受網(wǎng)卡流量的整個(gè)流程

預(yù)備知識(shí)：

• 網(wǎng)絡(luò)編程的核心對象是socket，當(dāng)創(chuàng)建socket時(shí)在底層會(huì)創(chuàng)建一個(gè)由文件系統(tǒng)管理的socket對象。這個(gè)對象包括了發(fā)送緩沖區(qū)，接收緩沖區(qū)，等待隊(duì)列。
• recv函數(shù)用于從某一個(gè)socket中接受流量，但是這個(gè)函數(shù)在被調(diào)用入進(jìn)程會(huì)一直處于阻塞狀態(tài)，直到從該socket收到數(shù)據(jù)為止。

網(wǎng)卡接收流量的流程：

• 步驟一：進(jìn)程中調(diào)用了recv函數(shù)請求接收指定socket的流量。
• 步驟二：操作系統(tǒng)將這個(gè)進(jìn)程加入到對應(yīng)socket的等待隊(duì)列中，并從CPU工作隊(duì)列中移除，經(jīng)過這一步后，進(jìn)程會(huì)處理阻塞狀態(tài)。
• 計(jì)算機(jī)接收到對端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，網(wǎng)卡把數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)存中。這一步不需要CPU參與（數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU直接從IO設(shè)備寫入內(nèi)存的技術(shù)叫作DMA技術(shù)）
• 數(shù)據(jù)寫完后網(wǎng)卡會(huì)發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，中斷CPU，通知CPU有數(shù)據(jù)到達(dá)。
• CPU中斷程序響應(yīng)中斷，并把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入了對應(yīng)socket的緩沖區(qū)里
• CPU喚醒進(jìn)程，把進(jìn)程從socket的等待隊(duì)列中移除，然后加入到工作隊(duì)列等待系統(tǒng)調(diào)用。

上面的流程有一個(gè)問題：
revc函數(shù)只能監(jiān)控一個(gè)socket，并且會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程一直阻塞在這個(gè)socket中，直到socket中有數(shù)據(jù)返回為止。如果有多個(gè)socket監(jiān)控，則需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)進(jìn)程，非常浪費(fèi)資源。

而select和epoll就解決了上面的問題，它們讓一個(gè)進(jìn)程可以監(jiān)控多個(gè)socket，下面分別說一下兩個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

二 select的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

select一次監(jiān)控多個(gè)socket的原理很簡單：

• 它會(huì)把進(jìn)程加入到它需要監(jiān)控的所有socket的等待隊(duì)列中，然后將進(jìn)程從CPU 工作隊(duì)列中移除，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
• 當(dāng)這些socket中有一個(gè)socket有數(shù)據(jù)返回時(shí)，中斷程序會(huì)把進(jìn)程從所以的socket等待隊(duì)列中移除，并把進(jìn)程重新加入到CPU工作隊(duì)列中，讓進(jìn)程進(jìn)就緒狀態(tài)。
• 進(jìn)程進(jìn)入被CPU調(diào)用到，只需要遍歷所有socket的狀態(tài)，就可以知道哪些socket可以讀取數(shù)據(jù)了。
• 操作完這些可讀取數(shù)據(jù)的socket之后，又會(huì)重復(fù)第一步，把進(jìn)程加入到所有的 socket中，然后讓進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

通過上述的方式，select函數(shù)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)進(jìn)程中監(jiān)控多個(gè)socket的方法。但是這函數(shù)的性能并不高，因?yàn)樗枰貜?fù)把進(jìn)程從所有的socket中加入/移除。因此它監(jiān)控的socket數(shù)量不能太多，底層規(guī)定不能超過1024個(gè)。

epoll函數(shù)針對select的這個(gè)缺陷作了改進(jìn)，接下來說說epoll函數(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

三 epoll函數(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

當(dāng)進(jìn)程調(diào)用epoll監(jiān)控多個(gè)socket時(shí)，會(huì)在底層創(chuàng)建一個(gè)eventpoll對象，這個(gè)對象中包含一個(gè)重要的隊(duì)列：就緒隊(duì)列

• 進(jìn)程調(diào)用epoll函數(shù)后，epoll會(huì)把這個(gè)進(jìn)程加入eventpoll對象的等待隊(duì)列中
• 然后把eventpoll對象加入到所有socket的等待隊(duì)列中，并讓CPU阻塞住
• 當(dāng)某一個(gè)socket有數(shù)據(jù)返回時(shí)，CPU中斷程序會(huì)把這個(gè)socket加入到eventpoll對象的就緒隊(duì)列中，并把eventpoll中等待的進(jìn)程喚醒。
• 進(jìn)程被喚醒后直接從就緒隊(duì)列中獲取socket讀取數(shù)據(jù)
• 數(shù)據(jù)讀取完成后，epoll又會(huì)把進(jìn)程加入到eventpoll的等待隊(duì)列中，然后讓CPU阻塞住。

epoll針對select優(yōu)化的點(diǎn)：

• 除了第一次外，epoll不需操作所有socket對象的等待隊(duì)列，只需要操作eventpoll的等待隊(duì)列即可
• 進(jìn)程被喚醒后，不需要遍歷即可直接知道哪些socket準(zhǔn)備好了。