PHP 高性能背后事件驅(qū)動 Epoll

作者：Tinywan 2025-11-05 01:11:00

epoll?是Linux[1]內(nèi)核的可擴(kuò)展I/O事件通知機(jī)制[1]。于Linux 2.5.44首度登場，它設(shè)計目的旨在取代既有POSIX[2]`select(2)`[3]與poll(2)系統(tǒng)函數(shù)[4]，讓需要大量操作文件描述符[5]的程序得以發(fā)揮更優(yōu)異的性能（舉例來說：舊有的系統(tǒng)函數(shù)所花費(fèi)的時間復(fù)雜度為O(n)，epoll的時間復(fù)雜度O(log n)）。

概述

使用過開源高性能的 PHP 應(yīng)用容器 Workerman同學(xué)都知道，為了能支持更大的并發(fā)連接數(shù)，必須安裝event擴(kuò)展。這里說的event擴(kuò)展就是libevent，它是一個輕量級的基于事件驅(qū)動的高性能的開源網(wǎng)絡(luò)庫。

libevent 是一款跨平臺、高性能的 I/O 事件通知庫，而 epoll 是 Linux 內(nèi)核提供的原生 I/O 多路復(fù)用機(jī)制—— 二者是「上層封裝庫」與「底層實現(xiàn)」的關(guān)系：libevent 以 epoll 為 Linux 平臺的核心驅(qū)動，同時兼容其他操作系統(tǒng)的 I/O 多路復(fù)用機(jī)制（如 Windows 的 IOCP、BSD 的 kqueue），為開發(fā)者提供統(tǒng)一的事件驅(qū)動編程接口。

epoll 介紹

epoll 是Linux^[1]內(nèi)核的可擴(kuò)展I/O事件通知機(jī)制[1]。于Linux 2.5.44首度登場，它設(shè)計目的旨在取代既有POSIX^[2]`select(2)`^[3]與poll(2)系統(tǒng)函數(shù)^[4]，讓需要大量操作文件描述符^[5]的程序得以發(fā)揮更優(yōu)異的性能（舉例來說：舊有的系統(tǒng)函數(shù)所花費(fèi)的時間復(fù)雜度為O(n)，epoll的時間復(fù)雜度O(log n)）。epoll 實現(xiàn)的功能與 poll 類似，都是監(jiān)聽多個文件描述符上的事件。

epoll與FreeBSD^[6]的[kqueue](https://zh.wikipedia.org/wiki/Kqueue "Kqueue")類似，底層都是由可配置的操作系統(tǒng)內(nèi)核對象建構(gòu)而成，并以文件描述符(file descriptor)的形式呈現(xiàn)于用戶空間^[7]。epoll通過使用紅黑樹^[8](RB-tree)搜索被監(jiān)控的文件描述符(file descriptor)。

在 epoll 實例上注冊事件時，epoll 會將該事件添加到 epoll 實例的紅黑樹上并注冊一個回調(diào)函數(shù)，當(dāng)事件發(fā)生時會將事件添加到就緒鏈表中。https://zh.wikipedia.org/wiki/Epoll

epoll 高效最關(guān)鍵的兩點(diǎn)

1、內(nèi)部管理 fd 使用了高效的紅黑樹結(jié)構(gòu)管理，做到了增刪改之后性能的優(yōu)化和平衡；

2、epoll 池添加 fd 的時候，調(diào)用 file_operations->poll ，把這個 fd 就緒之后的回調(diào)路徑安排好。通過事件通知的形式，做到最高效的運(yùn)行

3、epoll 池核心的兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：紅黑樹和就緒列表

紅黑樹是為了應(yīng)對用戶的增刪改需求，就緒列表是 fd 事件就緒之后放置的特殊地點(diǎn)，epoll 池只需要遍歷這個就緒鏈表，就能給用戶返回所有已經(jīng)就緒的 fd 數(shù)組

哪些 fd 可以用 epoll 來管理？

再來思考另外一個問題：由于并不是所有的 fd 對應(yīng)的文件系統(tǒng)都實現(xiàn)了 poll 接口，所以自然并不是所有的 fd 都可以放進(jìn) epoll 池，那么有哪些文件系統(tǒng)的 file_operations 實現(xiàn)了 poll 接口？

首先說，類似 ext2，ext4，xfs 這種常規(guī)的文件系統(tǒng)是沒有實現(xiàn)的，換句話說，這些你常見的、真的是文件的文件系統(tǒng)反倒是用不了 epoll 機(jī)制**的。

那誰支持呢？

最常見的就是網(wǎng)絡(luò)套接字：socket 。網(wǎng)絡(luò)也是 epoll 池最常見的應(yīng)用地點(diǎn)。Linux 下萬物皆文件，socket 實現(xiàn)了一套socket_file_operations的邏輯（ net/socket.c ）：

static const struct file_operations socket_file_ops = {
    .read_iter =    sock_read_iter,
    .write_iter =   sock_write_iter,
    .poll =     sock_poll,
    // ...
};

我們看到 socket 實現(xiàn)了 poll 調(diào)用，所以 socket fd 是天然可以放到 epoll 池管理的。

還有支持的嗎？

有的，很多。其實 Linux 下還有兩個很典型的 fd ，常常也會放到 epoll 池里。

eventfd：eventfd 實現(xiàn)非常簡單，故名思義就是專門用來做事件通知用的。使用系統(tǒng)調(diào)用eventfd創(chuàng)建，這種文件 fd 無法傳輸數(shù)據(jù)，只用來傳輸事件，常常用于生產(chǎn)消費(fèi)者模式的事件實現(xiàn)；
timerfd：這是一種定時器 fd，使用timerfd_create創(chuàng)建，到時間點(diǎn)觸發(fā)可讀事件；

小結(jié)一下：

ext2，ext4，xfs 等這種真正的文件系統(tǒng)的 fd ，無法使用 epoll 管理；
socket fd，eventfd，timerfd 這些實現(xiàn)了 poll 調(diào)用的可以放到 epoll 池進(jìn)行管理；

其實，在 Linux 的模塊劃分中，eventfd，timerfd，epoll 池都是文件系統(tǒng)的一種模塊實現(xiàn)。

總結(jié)

IO 多路復(fù)用的原始實現(xiàn)很簡單，就是一個 1 對多的服務(wù)模式，一個 loop 對應(yīng)處理多個 fd ;
IO 多路復(fù)用想要做到真正的高效，必須要內(nèi)核機(jī)制提供。因為 IO 的處理和完成是在內(nèi)核，如果內(nèi)核不幫忙，用戶態(tài)的程序根本無法精確的抓到處理時機(jī)；
fd 記得要設(shè)置成非阻塞的哦，切記；
epoll 池通過高效的內(nèi)部管理結(jié)構(gòu)，并且結(jié)合操作系統(tǒng)提供的 poll 事件注冊機(jī)制，實現(xiàn)了高效的 fd 事件管理，為高并發(fā)的 IO 處理提供了前提條件；
epoll 全名 eventpoll，在 Linux 內(nèi)核下以一個文件系統(tǒng)模塊的形式實現(xiàn)，所以有人常說 epoll 其實本身就是文件系統(tǒng)也是對的；
socketfd，eventfd，timerfd 這三種”文件“fd 實現(xiàn)了 poll 接口，所以網(wǎng)絡(luò) fd，事件fd，定時器fd 都可以使用 epoll_ctl 注冊到池子里。我們最常見的就是網(wǎng)絡(luò)fd的多路復(fù)用；
ext2，ext4，xfs 這種真正意義的文件系統(tǒng)反倒沒有提供 poll 接口實現(xiàn)，所以不能用 epoll 池來管理其句柄。那文件就無法使用 epoll 機(jī)制了嗎？不是的，有一個庫叫做 libaio ，通過這個庫我們可以間接的讓文件使用 epoll 通知事件；