46: gotAlarm = 0;
47: alarm(1);
48: while (!gotAlarm) {
49: poll(&pollFds, 0, 0);
50: count++;
51: }
52:
53: printf("Вызовов poll() в секунду: %d\n", count);
54:
55: return 0;
56: }
Здесь используется устройство /dev/zero, предоставляющее бесконечное количество нулей, что обеспечивает немедленный возврат системных вызовов. Значение HIGH_FD можно изменить, чтобы посмотреть, как деградирует select() по мере роста значений файловых дескрипторов.
В определенной системе при не очень высоком значении HIGH_FD, равном 2, программа показала, что ядро за секунду может обрабатывать в четыре раза больше вызовов poll(), чем вызовов select(). При увеличении HIGH_FD до 1000 эффективность poll() становится в 40 раз выше, чем у select().
13.1.5. Мультиплексирование с помощью epoll
В версии 2.6 ядра Linux был предложен третий метод для мультиплексированного ввода-вывода по имени epoll. Будучи более сложным, чем poll() или select(), epoll ликвидирует узкие места, связанные с производительностью, которые характерны для обоих методов.
Оба системных вызова poll() и select() передают на проверку полный список файловых дескрипторов при каждом вызове. Каждый из этих дескрипторов должен быть обработан системным вызовом, даже если только один из них готов к чтению или записи. Когда проверяются десятки, сотни или тысячи файловых дескрипторов, эти системные вызовы превращаются в узкие места; ядро тратит много времени на выяснение того, какие именно файловые дескрипторы приложению необходимо проверить.
При использовании epoll приложения обеспечивают ядро списком файловых дескрипторов для проверки с помощью одного системного вызова, а затем для проверки этих дескрипторов с помощью другого системного вызова. После создания списка ядро постоянно проверяет эти дескрипторы для событий, интересующих приложение[79], а затем сообщает о событии. Как только приложение запрашивает у ядра файловые дескрипторы, готовые для дальнейшей обработки, ядро предоставляет список без необходимости проверки каждого файлового дескриптора.
Преимущества в плане производительности epoll требуют более сложного, чем у poll() или select(), интерфейса системных вызовов. В то время как poll() использует массив struct pollfd для предоставления набора файловых дескрипторов, a select() с той же целью — три разных структуры fd_set, epoll перемещает эти наборы файловых дескрипторов в ядро, а не хранит их в адресном пространстве программы. На каждый из этих наборов ссылаются с помощью дескриптора epoll, являющегося файловым дескриптором, который можно применять только для системных вызовов epoll. Новые дескрипторы epoll распределяются системным вызовом epoll_create().
#include <sys/epoll.h>
int epoll_create (int numDescriptors);
Единственный параметр numDescriptors — это наилучшее предположение программы о том, на какое количество файловых дескрипторов будет ссылаться заново созданный дескриптор epoll. Это не жесткий предел, это просто подсказка ядру для более точной инициализации его внутренних структур. epoll_create() возвращает дескриптор epoll, а когда программа заканчивает работу с дескриптором, его следует передать close(), чтобы позволить ядру освободить память, используемую этим дескриптором.
Хотя дескриптор epoll является файловым дескриптором, его следует применять только с двумя системными вызовами.
#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents,
int timeout);
Большинство этих параметров используют структуру struct epoll_event, которая определяется, как показано ниже.
#include <sys/epoll.h>
struct epoll_event {
int events;
union {
void * ptr;
int fd;
unsigned int u32;
unsigned long long u64;
} data;
};
Эта структура обслуживает три цели: определяет, какие типы событий следует проверять, определяет типы произошедших событий и ассоциирует отдельный элемент данных с файловым дескриптором. Поле events предназначено для первых двух функций и является одной или несколькими перечисленными далее значениями, объединенными с помощью логического "ИЛИ"[80].
EPOLLIN |
Определяет, что операция read() не блокируется; данные или уже готовы, или их уже не осталось для считывания. |
EPOLLOUT |
Связанный файл готов для записи. |
EPOLLPRI |
Файл имеет внешние данные, готовые для чтения. |
Второй элемент struct epoll_event, data, представляет собой объединение, содержащее целое число (для хранения файлового дескриптора), указатель, а также 32- и 64-битные целые числа[81]. Этот элемент данных хранится в epoll и возвращается в программу всякий раз, когда происходит событие подходящего типа. Элемент data — это единственный способ, с помощью которого программе нужно выяснить, какой файловый дескриптор необходимо обслужить; интерфейс epoll не передает файловый дескриптор программе, в отличие от poll() и select() (если data не содержит файловый дескриптор). Этот метод обеспечивает дополнительную гибкость приложениям, которые отслеживают файлы как нечто, более сложное, чем простые файловые дескрипторы.
Системный вызов epoll_ctl() добавляет файловые дескрипторы к набору, на который ссылается дескриптор epfdepoll, и удаляет их из него.
Второй параметр, op, описывает, каким образом следует модифицировать набор файловых дескрипторов, и является одним из перечисленных ниже.
EPOLL_CTL_ADD |
Файловый дескриптор fd добавляется к набору файловых дескрипторов набором событий events. Если файловый дескриптор уже присутствует, он возвращает EEXIST. (Несколько потоков могут добавлять тот же файловый дескриптор к набору epoll более одного раза, но это действие ничего не меняет.) |
EPOLL_CTL_DEL |
Файловый дескриптор fd удаляется из контролируемого набора файловых дескрипторов. Параметр events должен указывать на struct epoll_event, но содержимое этой структуры игнорируется. (Это еще раз доказывает, что events должен быть допустимым указателем; он не может быть NULL.) |
EPOLL_CTL_MOD |
Системный вызов struct epoll_event для fd обновляется на основе информации, на которую указывает events. Это позволяет контролировать набор событий и обновлять элемент данных, ассоциируемый с файловым дескриптором, не создавая условий состязания. |
79
Фактически ядро устанавливает обратный вызов для каждого файла, а затем, когда происходит событие, активизирует обратный вызов. Этот механизм устраняет проблемы масштабируемости при очень большом количестве файловых дескрипторов, поскольку опрос не используется в каждой точке.
80
EPOLLET — это еще одно значение, которое может иметь events, переключающее epoll с запуска уровнем на запуск фронтом сигнала. Эта тема выходит за рамки настоящей книги, и epoll, запускаемую фронтом, следует применять только в особых случаях.
81
Структура, показанная в тексте, предоставляет правильные размеры элементов на большинстве платформ, но они неправильны для машин, в которых int имеет 64 бита.