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[转]使用epoll进行高性能网络编程

 
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epoll和其他技术的性能比较.

翻译:韩红军。hanhj@vrlab.buaa.edu.cn ; hongjun_han@163.com
原文出自:https://www.captech.com.cn
英文原文:http://www.xmailserver.org/linux-patches/nio-improve.html

由于水平有限,错误在所难免,希望各位指正。
07-01-2001 – 初稿 - Davide Libenzi <davidel><br>10-30-2002 – epoll补丁成为Linux内核一部分。请参考这个版本的,因为这个版本将会成为标准,并得到广泛支持Davide Libenzi <a href="mailto:davidel@xmailserver.org">davidel@xmailserver.org</a><br><br><strong>绪论:<br><br></strong>眼下的工作是分析不同的方法,这些方法都是用来实现从内核模式高效传递网络事件到用户模式。我们考察了五种方法:作为一种相对较好的老的方法poll ,标准/dev/poll接口,标准RT信号,RT signals with one-sig-per-fd patch,和使用很特别的通知方法的新式/dev/epoll。工作有如下四部分组成:<br>1) 新式 /dev/epoll 内核补丁<br>2) Provos-Lever修改的能够在内核 2.4.6 工作的/dev/poll 补丁<br>3) HTTP server<br>4) 一个能够产生“dead“连接的deadconn(tm)工具。<br>Httperf被采用作为度量工具,尽管不完美,但也提供了足够的网络负载选项。<br>新式 /dev/epoll 内核补丁:<br>这个补丁很简单,它在struct file的数据结构里面添加了通知回调链表项。如下代码段:<br>代码:<br>******* include/linux/fs.h<br>struct file {<br>...<br>/* 文件回调列表 */<br>rwlock_t f_cblock;<br>struct list_head f_cblist;<br>};<br><br><br><br>代码:<br><br>****include/linux/fcblist.h<br>/* 文件回调通知事件 */<br>#define ION_IN 1<br>#define ION_OUT 2<br>#define ION_HUP 3<br>#define ION_ERR 4<br><br>#define FCB_LOCAL_SIZE 4<br><br>#define fcblist_read_lock(fp, fl) read_lock_irqsave(&amp;(fp)-&gt;f_cblock, fl)<br>#define fcblist_read_unlock(fp, fl) read_unlock_irqrestore(&amp;(fp)-&gt;f_cblock, fl)<br>#define fcblist_write_lock(fp, fl) write_lock_irqsave(&amp;(fp)-&gt;f_cblock, fl)<br>#define fcblist_write_unlock(fp,fl) write_unlock_irqrestore(&amp;(fp)-&gt;f_cblock, fl)<br><br>struct fcb_struct {<br>struct list_head lnk;<br>void (*cbproc)(struct file *, void *, unsigned long *, long *);<br>void *data;<br>unsigned long local[FCB_LOCAL_SIZE];<br>};<br><br><br>extern long ion_band_table[];<br>extern long poll_band_table[];<br><br><br>static inline void file_notify_init(struct file *filep)<br>{<br>rwlock_init(&amp;filep-&gt;f_cblock);<br>INIT_LIST_HEAD(&amp;filep-&gt;f_cblist);<br>}<br><br>void file_notify_event(struct file *filep, long *event);<br><br>int file_notify_addcb(struct file *filep,<br>void (*cbproc)(struct file *, void *, unsigned long *, long *), void *data);<br><br>int file_notify_delcb(struct file *filep,<br>void (*cbproc)(struct file *, void *, unsigned long *, long *));<br><br>void file_notify_cleanup(struct file *filep);<br><br>这些回调方法链就是提供一种机制,向文件系统注册其“兴趣”的上层在兴趣事件发生时能够收到底层I/O的通知。初始化和清理代码已经加在了fs/file_table.c里,回调方法链处理代码在fs/fcblist.c里面,如下所示:<br>代码:<br>****** fs/file_table.c<br>struct file * get_empty_filp(void)<br>{<br>...<br>file_notify_init(f);<br>...<br>}<br><br>int init_private_file(struct file *filp, struct dentry *dentry, int mode)<br>{<br>...<br>file_notify_init(filp);<br>...<br>}<br><br>void fput(struct file * file)<br>{<br>...<br>file_notify_cleanup(file);<br>...<br>}<br>****** fs/fcblist.c<br>void file_notify_event(struct file *filep, long *event)<br>{<br>unsigned long flags;<br>struct list_head *lnk;<br><br>fcblist_read_lock(filep, flags);<br>list_for_each(lnk, &amp;filep-&gt;f_cblist) {<br>struct fcb_struct *fcbp = list_entry(lnk, struct fcb_struct, lnk);<br><br>fcbp-&gt;cbproc(filep, fcbp-&gt;data, fcbp-&gt;local, event);<br>}<br>fcblist_read_unlock(filep, flags);<br>}<br><br>int file_notify_addcb(struct file *filep,<br>void (*cbproc)(struct file *, void *, unsigned long *, long *), void *data)<br>{<br>unsigned long flags;<br>struct fcb_struct *fcbp;<br><br>if (!(fcbp = (struct fcb_struct *) kmalloc(sizeof(struct fcb_struct), GFP_KERNEL)))<br>return -ENOMEM;<br>memset(fcbp, 0, sizeof(struct fcb_struct));<br>fcbp-&gt;cbproc = cbproc;<br>fcbp-&gt;data = data;<br>fcblist_write_lock(filep, flags);<br>list_add_tail(&amp;fcbp-&gt;lnk, &amp;filep-&gt;f_cblist);<br>fcblist_write_unlock(filep, flags);<br>return 0;<br>}<br><br>int file_notify_delcb(struct file *filep,<br>void (*cbproc)(struct file *, void *, unsigned long *, long *))<br>{<br>unsigned long flags;<br>struct list_head *lnk;<br><br>fcblist_write_lock(filep, flags);<br>list_for_each(lnk, &amp;filep-&gt;f_cblist) {<br>struct fcb_struct *fcbp = list_entry(lnk, struct fcb_struct, lnk);<br><br>if (fcbp-&gt;cbproc == cbproc) {<br>list_del(lnk);<br>fcblist_write_unlock(filep, flags);<br>kfree(fcbp);<br>return 0;<br>}<br>}<br>fcblist_write_unlock(filep, flags);<br>return -ENOENT;<br>}<br><br>void file_notify_cleanup(struct file *filep)<br>{<br>unsigned long flags;<br>struct list_head *lnk;<br><br>fcblist_write_lock(filep, flags);<br>while ((lnk = list_first(&amp;filep-&gt;f_cblist))) {<br>struct fcb_struct *fcbp = list_entry(lnk, struct fcb_struct, lnk);<br><br>list_del(lnk);<br>fcblist_write_unlock(filep, flags);<br>kfree(fcbp);<br>fcblist_write_lock(filep, flags);<br>}<br>fcblist_write_unlock(filep, flags);<br>}<br><br>这些回调函数会收到一个long *参数,其第一个元素是ION_*事件中的一种,下一个可以存储额外的参数,这些额外参数的意义随这第一个元素即事件种类的不同而不同。<br>这个接口只是一个草案,我使用它只是验证传输方法是不是足够高效。目前通知只在socket文件出现,如下:<br>代码:<br>****** include/net/sock.h<br>static inline void sk_wake_async(struct sock *sk, int how, int band)<br>{<br>if (sk-&gt;socket) {<br>if (sk-&gt;socket-&gt;file) {<br>long event[] = { ion_band_table[band - POLL_IN], poll_band_table[band - POLL_IN], -1 };<br><br>file_notify_event(sk-&gt;socket-&gt;file, event);<br>}<br>if (sk-&gt;socket-&gt;fasync_list)<br>sock_wake_async(sk-&gt;socket, how, band);<br>}<br>}<br><br>文件fs/pipe.c和include/linux/pipe_fs_i.h也都被修改以扩展/dev/epoll的功能至管道(pipes pipe() )<br>两个新的文件driver/char/eventpoll.c和include/linux/eventpoll.h实现了/dev/epoll。<br>新的/dev/epoll接口和以前的有很大的不同,因为他只是通过设备文件描述符映射,而基于效率考虑放弃了拷贝数据到用户空间(copy-data- to-user-space),通过共享内存页来避免不必要的拷贝数据/dev/epoll可以高效运作,理由有1)更少的CPU周期,因为不必拷贝数据,2)在现代的缓存的存储体系架构下,有更少的内存占用(memory footprint)。<br>/dev/epoll实现利用新的文件回调通知机制来注册回调方法,这些回调方法将事件存储事件缓冲区里,初始化顺序如下:<br>代码:<br>if ((kdpfd = open("/dev/epoll", O_RDWR)) == -1) {<br><br>}<br>if (ioctl(kdpfd, EP_ALLOC, maxfds))<br>{<br><br>}<br>if ((map = (char *) mmap(NULL, EP_MAP_SIZE(maxfds), PROT_READ,<br>MAP_PRIVATE, kdpfd, 0)) == (char *) -1)<br>{<br><br>}<br><br>maxfds 能够存储在轮询设备里面的最多的文件描述符数目,文件通过下面代码注册进兴趣集里面:<br>代码:<br>struct pollfd pfd;<br>pfd.fd = fd; <br>pfd.events = POLLIN | POLLOUT | POLLERR | POLLHUP;<br>pfd.revents = 0;<br>if (write(kdpfd, &amp;pfd, sizeof(pfd)) != sizeof(pfd)) {<br>...<br>}<br><br>下面代码删除指定的文件描述符:<br>代码:<br>struct pollfd pfd;<br>pfd.fd = fd;<br>pfd.events = POLLREMOVE;<br>pfd.revents = 0;<br>if (write(kdpfd, &amp;pfd, sizeof(pfd)) != sizeof(pfd)) {<br>...<br>}<br><br>核心分派(dispatch)代码类似下面:<br>代码:<br>struct pollfd *pfds;<br>struct evpoll evp;<br><br>for (;;) {<br>evp.ep_timeout = STD_SCHED_TIMEOUT;<br>evp.ep_resoff = 0;<br><br>nfds = ioctl(kdpfd, EP_POLL, &amp;evp);<br>pfds = (struct pollfd *) (map + evp.ep_resoff);<br>for (ii = 0; ii ...<br>}<br>}<br><br><br>驱动程序分配两个页面集来作为双缓冲机制,存储文件事件。可以从ep_resoff字段得知结果集在map里面的哪一块。在使用其中一个页面集的同时,内核可以使用另外一个存储进来的事件们。没有拷贝到用户空间的麻烦,来自同一个文件的事件将被放在一个槽(slot)里面,EP_POLL函数决不会线性查找兴趣集来执行file-&gt;f_ops-&gt;poll()。为了使用/dev/epoll接口,你必须使用mknod创建该文件,并且major =10 and minor=124。命令如下:<br># mknod /dev/epoll c 10 124<br>下载补丁在下面的链接<br>epoll-lt-2.4.24-0.20.diff<br><br>Provos-Lever的/dev/poll补丁:<br>这个值得说的不多,修改virt_to_page()这个漏洞就可以使补丁正常工作,我修改了另外一个bug,程序为了调节哈希表大小,而试图使用 kmalloc()分配大块内存却不能满足,现在使用vmalloc()来为哈希表分配内存。我修改了在CITI网站上发现的2.4.3的补丁,这个补丁应该是Provos-Lever用来使(2.2.x)升级到2.4.x的那个。你可以在如下地址下载到:<br>http://www.xmailserver.org/linux-patches/olddp_last.diff.gz<br><br>实时信号一个文件描述符一个信号(one-sig-per-fd)补丁:<br>Vitaly Luban贡献的这个补丁实现了实时信号量,当实时信号量队列满了的时候,尽量避免SIGIO传输信息,你可以下载这个补丁如下网址:<br>http://www.luban.org/GPL/gpl.html<br><br>HTTP服务器:<br>http服务器很简单,它使用的是事件轮询和同步程序库(coroutines),服务器内部的coroutine库的实现来自如下网址:<br>http://www.goron.de/~froese/coro/<br>它很小,简单且高效。服务器使用的默认堆栈大小为8192,当试图有许多连接时,将造成内存浪费和虚存颠簸(vm trashing),其实4096的堆栈大小就足够了。另外一个问题是coro库使用mmap()方法来为堆栈分配空间,这样当accept() /close()比率较高时会损失性能,我改了这个库(只有一个文件coro.c)让其使用malloc()/free()而不是mmap() /munmap().每次的Http应答都一样,应答的报文大小可以通过命令行参数设置,另外还有两个命令行参数可以设置监听端口和fd集的大小。你可以在如下地址下载到服务器:<br>ephttpd-0.2.tar.gz<br>老版本:<br>http://www.xmailserver.org/linux-patches/dphttpd_last.tar.gz<br><br>死连接工具:<br>如果说上面的服务器简单,这个就更简单了,它的目的就是给服务器制造死连接来模拟真实的负栽,这些连接都是一批的低速连接。你可以下载到:<br>http://www.xmailserver.org/linux-patches/deadconn_last.c<br><br>测试:<br>测试环境:PIII 600MHz, 128 Mb RAM, eepro100网卡连接到100Mbps快速以太网交换机上。RH 6.2,使用的内核是2.4.6, coroutine 库的版本是1.1.0-pre2<br>我使用双PIII 1GHz, 256 Mb RAM 和双eepro100作为httperf机器,双PIII 900 MHz, 256 Mb RAM 和双 eepro100作为deadconn(tm)机器,因为httperf当使用较高的num-conns时占用fds空间(改为8000了)很快消失,我采用了下面的命令行:<br>--think-timeout 5 --timeout 5 --num-calls 2500 --num-conns 100 --hog --rate 100<br>这个将分配100个连接,使服务器负栽不同的死连接。我改变的另一个参数是应答报文大小有128,512和1024。另外一个更加忠实于互联网会话就是使用一些突发连接发出HTTP请求,然后关闭,测试使用httperf,并有如下命令:<br>--think-timeout 5 --timeout 5 --num-calls 2 --num-conns 27000 --hog --rate 5000<br>每个数字都是求得三次的平均值,如下地址下载httperf:<br>http://www.hpl.hp.com/personal/David_Mosberger/httperf.html<br><br><br><br>测试显示/dev/epoll约比RT signals one-sig实现快10-12%,/dev/epoll和RT signals都保持平坦在不同的死连接负栽下。<br>RT-one-sig实现比简单 实时信号实现要快一点, 但是本测试只有很少的 SIGIO.<br><br><br><br><br>512和1024 Content-Length 的应答报文测试表明 /dev/epoll, RT signals和RT one-sig 表现基本一致,图中重叠在一块了, 这是因为在本测试中以太网达到了饱和态( 100Mbps )。<br><br><br>这个测试表明/dev/epoll, RT signals 和RT one-sig实现在不同死连接情况下的每秒的Http应答报文一直平坦,并且/dev/epoll大约15% 快于RT one-sig ,而RT one-sig 大约10-15% 快于简单 RT signals.<br><br>系统调用接口( aka sys_epoll ):<br>事件查询设备对于系统调用接口的需要促成了sys_epoll系统调用的实现,这个简单接口为开发人员实现了同样的可扩展性。新的系统调用引入了三个新的映射到用户空间的调用:<br>int epoll_create(int maxfds);<br>int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, unsigned int events);<br>int epoll_wait(int epfd, struct pollfd *events, int maxevents, int timeout);<br>这些函数在他们的手册页面里面描述:<br>epoll : PSTXTMAN<br>epoll_create : PS TXTMAN<br>epoll_ctl : PSTXT MAN<br>epoll_wait : PSTXT MAN<br>实现这些系统调用的补丁在这儿. 一个新的访问epoll ( 2.5.45 )的库在这个可得到: epoll-lib-0.11.tar.gz<br><br>一个简单基于管道的epoll性能测试:<br>pipetest<br><br>用户空间支持epoll的库 :<br>libevent<br>ivykis<br>在测试epoll过程中,做的一个 thttpd 的补丁:<br>thttpd.epoll.diff<br>结论:<br>这些数据显示/dev/epoll ( and sys_epoll )提高了服务器的效率(从应答报文速率和CPU利用率角度看)。/dev/epoll的应答速率完全独立于死连接的数目,而标准poll()和旧的 /dev/poll似乎不可避免的受到影响。和标准poll()以及旧的/dev/poll相比/dev/epoll的方差也明显小的多,这不尽使我觉得 (1) 将有跟多的处理能力(2)在高负栽下有可以预见的应答速率。RT signals和RT one-sig 是现在死连接变化时也基本保持不变,并且one-sig大约比简单RT signals快10-12% 。RT singnals实现 (即使 one-sig 较少)似乎不能适用于大量突发请求模拟真实因特网的情况,在这种情况下有大量连接处于active状态。这是因为RT signals队列的限制,即使打了one-sig的补丁, 也很容易填满队列。<br>链接:<br>[1] The epoll scalability page at lse.<br>[2] David Weekly - /dev/epoll Page<br><br>References:<br>[1] W. Richard Stevens - "UNIX Network Programming, Volume I: Networking APIs: Sockets and XTI, 2nd edition"<br>Prentice Hall, 1998.<br>[2] W. Richard Stevens - "TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols"<br>Addison Wesley professional computing series, 1994.<br>[3] G. Banga and J. C. Mogul - "Scalable Kernel Performance for Internet Servers Under Realistic Load"<br>Proceedings of the USENIX Annual Technical Conference, June 1998.<br>[4] G. Banga. P. Druschel. J. C. Mogul - "Better Operating System Features for Faster Network Servers"<br>SIGMETRICS Workshop on Internet Server Performance, June 1998.<br>[5] G. Banga and P. Druschel - "Measuring the Capacity of a Web Server"<br>Proceedings of the USENIX Symposium on Internet Technologies and Systems, December 1997.<br>[6] Niels Provos and Charles Lever - "Scalable Network I/O in Linux"<br>http://www.citi.umich.edu/techreports/reports/citi-tr-00-4.pdf<br>[7] Dan Kegel - "The C10K problem"<br>http://www.kegel.com/c10k.html<br>[8] Richard Gooch - "IO Event Handling Under Linux"<br>http://www.atnf.csiro.au/~rgooch/linux/docs/io-events.html<br>[9] Abhishek Chandra and David Mosberger - "Scalability of Linux Event-Dispatch Mechanisms"<br>http://www.hpl.hp.com/techreports/2000/HPL-2000-174.html<br>[10] Niels Provos and Charles Lever - "Analyzing the Overload Behaviour of a Simple Web Server"<br>http://www.citi.umich.edu/techreports/reports/citi-tr-00-7.ps.gz<br>[11] D. Mosberger and T. Jin - "httperf -- A Tool for Measuring Web Server Performance"<br>SIGMETRICS Workshop on Internet Server Performance, June 1998.</davidel>
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来源:http://blog.csdn.net/Suprman/archive/2006/11/30/1422356.aspx




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    **C/C++课程设计项目合集** 本次提供的C/C++课程设计项目包括:KTV歌曲系统、学生档案管理系统、个人收支系统以及职工管理系统。这些项目不仅适用于课程设计,还可作为实际应用的初步探索。每个项目均经过精心设计和测试,确保代码质量和功能的完整性。 * **KTV歌曲系统**:实现了歌曲的增删改查、播放控制以及用户管理等功能,适用于各类KTV场所。 * **学生档案管理系统**:提供学生信息的录入、查询、修改和删除功能,帮助教育机构高效管理学生档案。 * **个人收支系统**:以用户为中心,记录日常收入和支出,并生成详细的统计报告,方便个人理财。 * **职工管理系统**:针对企业需求,对职工信息进行集中管理,支持多条件查询和报表生成。 这些项目采用C/C++编程语言,基于面向对象的编程思想,充分利用了现代软件工程的技术和方法。代码结构清晰,注释详细,易于理解和维护。同时,为了满足不同用户的需求,项目提供了灵活的定制选项,可以根据实际需求进行二次开发。

    iOS自动化脚本:用于构建iOS应用并部署到TestFlight或本地设备

    使用方法: 将脚本保存为iOSAppBuildAndDeploy.sh文件。 将YourProject.xcodeproj替换为你的Xcode项目文件路径。 将YourScheme替换为你的Xcode项目的Scheme名称。 创建一个ExportOptions.plist文件,并配置导出选项(例如,方法、团队ID等),然后指定其路径到EXPORT_OPTIONS_PLIST变量。 打开终端,导航到包含该脚本的目录。 给脚本执行权限:chmod +x iOSAppBuildAndDeploy.sh。 运行脚本:./iOSAppBuildAndDeploy.sh。 注意事项: 确保你的Mac上已经安装了Xcode和相应的命令行工具。 根据你的需求,你可能需要修改或扩展脚本,例如添加上传IPA到TestFlight或其他分发渠道的代码。 脚本中的ExportOptions.plist文件是Xcode构建过程中用于配置导出选项的关键文件。你需要根据你的应用分发需求来创建和配置这个文件。 如果脚本执行过程中遇到错误,请检查Xcode构建日志和脚本输出信息,以便定位问题。

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    2000-2021年各省产业集聚度/就业密度数据 1、时间:2000-2021年 2、来源:人口就业统计年鉴、各省年鉴 3、指标:就业人数、行政区划面积、产业集聚度/就业密度 4、范围:31省 5、计算说明:产业集聚度/就业密度=就业人数/行政区划面积

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    QYResearch是全球知名的大型咨询公司,行业涵盖各高科技行业产业链细分市场,横跨如半导体产业链(半导体设备及零部件、半导体材料、集成电路、制造、封测、分立器件、传感器、光电器件)、光伏产业链(设备、硅料/硅片、电池片、组件、辅料支架、逆变器、电站终端)、新能源汽车产业链(动力电池及材料、电驱电控、汽车半导体/电子、整车、充电桩)、通信产业链(通信系统设备、终端设备、电子元器件、射频前端、光模块、4G/5G/6G、宽带、IoT、数字经济、AI)、先进材料产业链(金属材料、高分子材料、陶瓷材料、纳米材料等)、机械制造产业链(数控机床、工程机械、电气机械、3C自动化、工业机器人、激光、工控、无人机)、食品药品、医疗器械、农业等。 邮箱:market@qyresearch.com

    高级网络人才培训专家-X00070002 第29章 配置HDLC

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