select与epoll、apache与nginx实现原理对比

转自：http://www.tuicool.com/articles/AzmiY3

关于select与epoll

两种IO模型，都属于多路IO就绪通知，提供了对大量文件描述符就绪检查的高性能方案，只不过实现方式有所不同：

select：

一个select()系统调用来监视包含多个文件描述符的数组，当select返回，该数组中就绪的文件描述符便会被内核修改标志位。

select的 跨平台 做的很好，几乎每个平台都支持。

select缺点有以下三点：

1. 单个进程能够 监视的文件描述符的数量存在最大限制
2. select()所维护的 存储大量文件描述符的数据结构 ，随着文件描述符数量的增长，其在用户态和内核的地址空间的复制所引发的开销也会线性增长
3. 由于网络响应时间的延迟使得大量TCP连接处于非活跃状态，但调用select()还是会对 所有的socket进行一次线性扫描 ，会造成一定的开销

poll：

poll是unix沿用select自己重新实现了一遍，唯一解决的问题是poll 没有最大文件描述符数量的限制

epoll：

epoll带来了两个优势，大幅度提升了性能：

1. 基于事件的就绪通知方式 ，select/poll方式，进程只有在调用一定的方法后，内核才会对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事件通过epoll_ctl()注册一个文件描述符，一旦某个文件描述符就绪时，内核会采用类似call back的回调机制，迅速激活这个文件描述符，epoll_wait()便会得到通知
2. 调用一次epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的并不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，拿到这些值去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里使用内存映射（mmap）技术， 避免了复制大量文件描述符带来的开销

当然epoll也有一定的局限性， epoll只有Linux2.6才有实现 ，而其他平台都没有，这和apache这种优秀的跨平台服务器，显然是有些背道而驰了。

Apache与Nginx：

Apache与Nginx的性能谁更高效，取决于其服务器的并发策略以及其面对的场景：

并发策略：

我们目前使用的 Apache是基于一个线程处理一个请求的非阻塞IO并发策略 。这种方式允许一个进程中通过多个线程来处理多个连接，其中每个线程处理一个连接。Apache使用其worker模块实现这种方式，目的是减少perfork模式中太多进程的开销，使得apache可以支持更多的并发连接。

至于，非阻塞IO的实现，是通过一个子进程负责accept()，一旦接收到连接后，便将任务分配给适当worker的线程。

由于apache的线程使用的是内核进程调度器管理的轻量级进程，因此与perfork模式比较，进程上下文切换的开销依然存在，性能提升不是很明显。

而 Nginx使用的是一个进程处理多个连接、非阻塞IO模式 ，这种模式最特别的是设计了独立的listener进程，专门负责接收新的连接，再分配给各个worker，当然为了减少任务调度的开销，一般都是由worker进程来进行接收。

而IO模型层面，Nginx选择epoll，此方式高效主要在于其基于事件的就绪通知机制，在高连接数的场景下，epoll通知方式更具优势。另外，epoll方式只关注活跃连接，而不像select方式需要扫描所有的文件描述符，这样在大量连接的场景下，epoll方式优势会更加明显。

面对的场景：

我们反观一下网站目前的状况和场景：

上图可以看到，rt监控当中，由于我们是动态网站，网站的大部分内容都需要动态获取、计算、输出，因此响应时间普遍位于100毫秒以上，响应时间较长，服务器必将创建更多的连接处理这些请求，而tcp监控当中，可以看到由于TCP协议特有的特性，服务端主动关闭一个连接，连接会进入等待超时的状态，且此状态会持续2MSL（即两倍的数据包最大生存时间，这个时 间长短跟操作系统有关，一般会在1-4分钟），因此服务器端会保留一定量time_wait连接，管理大量的连接也会对服务器造成一定的成本，而epoll在多连接并发处理以及管理这两方面，都较于select具有很大的优势。这也正是高并发、高连接的互联网网站大量使用Nginx服务器的原因所在。