Nginx Apache性能比较_为什么Nginx的性能要比Apache高很多?
2016-03-17 13:23:42  By: dwtedx

为什么Nginx的性能要比Apache高很多? 这得益于Nginx使用了最新的epoll(Linux 2.6内核)和kqueue(freebsd)网络I/O模型、而Apache则使用的是传统的select模型、目前Linux下能够承受高并发访问的Squid、Memcached都采用的是epoll网络I/O模型、处理大量的连接的读写、Apache所采用的select网络I/O模型非常低效

apache logo


下面用一个比喻来解析Apache采用的select模型和Nginx采用的epoll模型进行之间的区别、假设你在大学读书、住的宿舍楼有很多间房间、你的朋友要来找你、select版宿管大妈就会带着你的朋友挨个房间去找、直到找到你为止、而epoll版宿管大妈会先记下每位同学的房间号

你的朋友来时、只需告诉你的朋友你住在哪个房间即可、不用亲自带着你的朋友满大楼找人、如果来了10000个人、都要找自己住这栋楼的同学时、select版和epoll版宿管大妈、谁的效率更高、不言自明、同理、在高并发服务器中、轮询I/O是最耗时间的操作之一、select和epoll的性能谁的性能更高、同样十分明了

epoll - I/O event notification facility


在linux的网络编程中、很长的时间都在使用select来做事件触发、在linux新的内核中、有了一种替换它的机制、就是epoll、相比于select、epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率

因为在内核中的select实现中、它是采用轮询来处理的、轮询的fd数目越多、自然耗时越多、并且、在linux/posix_types.h头文件有这样的声明

#define __FD_SETSIZE    1024


表示select最多同时监听1024个fd、当然、可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目、但这似乎并不治本、epoll的接口非常简单、一共就三个函数


1. int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄、size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大、这个参数不同于select()中的第一个参数、给出最大监听的fd+1的值、需要注意的是

当创建好epoll句柄后、它就是会占用一个fd值、在linux下如果查看/proc/进程id/fd/、是能够看到这个fd的、所以在使用完epoll后、必须调用close()关闭、否则可能导致fd被耗尽


2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数、它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件、而是在这里先注册要监听的事件类型、第一个参数是epoll_create()的返回值、第二个参数表示动作、用三个宏来表示

EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;

EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;

EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;


第三个参数是需要监听的fd、第四个参数是告诉内核需要监听什么事、struct epoll_event结构如下

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
    } epoll_data_t;
    struct epoll_event {
    __uint32_t events; /* Epoll events */
    epoll_data_t data; /* User data variable */
};


events可以是以下几个宏的集合

EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭);

EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写;

EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);

EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;

EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;

EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式、这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的、

EPOLLONESHOT:只监听一次事件、当监听完这次事件之后、

如果还需要继续监听这个socket的话、需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

等待事件的产生、类似于select()调用、参数events用来从内核得到事件的集合、maxevents告之内核这个events有多大、这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size、参数timeout是超时时间(毫秒、0会立即返回、-1将不确定、也有说法说是永久阻塞)、该函数返回需要处理的事件数目、如返回0表示已超时


4、关于ET、LT两种工作模式

可以得出这样的结论、ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据、也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止、很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了、大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的


那么究竟如何来使用epoll呢?其实非常简单、通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数、首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄、其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数、这个函数会返回一个新的epoll句柄、之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作、在用完之后、记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄


之后在你的网络主循环里面、每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口、看哪一个可以读、哪一个可以写了、基本的语法为

nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);


其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄、events是一个epoll_event*的指针、当epoll_wait这个函数操作成功之后、epoll_events里面将储存所有的读写事件、max_events是当前需要监听的所有socket句柄数、最后一个timeout是 epoll_wait的超时、为0的时候表示马上返回、为-1的时候表示一直等下去

直到有事件范围、为任意正整数的时候表示等这么长的时间、如果一直没有事件、则范围、一般如果网络主循环是单独的线程的话、可以用-1来等、这样可以保证一些效率、如果是和主逻辑在同一个线程的话、则可以用0来保证主循环的效率

epoll_wait范围之后应该是一个循环、遍利所有的事件、几乎所有的epoll程序都使用下面的框架

for( ; ; )
{
    nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
    for(i=0;i<nfds;++i)
    {
        if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的连接
        {
            connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
            ev.data.fd=connfd;
            ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
            epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中
        }
        else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据、读socket
        {
            n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //读
            ev.data.ptr = md;     //md为自定义类型、添加数据
            ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
            epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符、等待下一个循环时发送数据、异步处理的精髓
        }
        else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送、写socket
        {
            struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取数据
            sockfd = md->fd;
            send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //发送数据
            ev.data.fd=sockfd;
            ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
            epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符、等待下一个循环时接收数据
        }
        else
        {
            //其他的处理
        }
    }
}


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