阿里巴巴面试题：Nginx使用的Epoll模型是什么？

作者：LeetCode

对于Nginx，相信有过Web服务部署经验的同学都会比较熟悉。它具有以下特点：

• 它是一个高性能的HTTP和反向代理服务器。 IMAP/POP3/SMTP 代理服务器。
• 与 Apache 相比，Nginx 具有占用内存少、稳定性高的优点。它还以其强大的竞赛能力、丰富的模块库、友好灵活的配置而闻名。

目前Nginx的部署量正在逐渐增加。大多数运维人员对Nginx有所了解，但真正了解其原理的可能很少。在很多采访中，Nginx 可能会涉及到一些实现层面的问题。例如，阿里巴巴的一个面试问题是：Nginx 使用的 epoll 模型是什么？

错误答案：相比其他服务器，Nginx 速度快、并发高、响应速度快，因为它使用了 epoll...？想要布料吗？

这三个都是IO复用机制，可以监控多个描述符的读/写事件。当特定描述符准备好时（通常是读或写事件发生），发生的事件就可以。

一些Linux知识铺路

在我们真正开始之前，我们先回顾一下一些Linux知识。对于Linux：

一切都是文件

但是，为了区分不同类型的事物，我们有：

• 普通文件
• 目录文件 e链接e

文件描述符（filedescriptor）是一个内核创建的索引，用于高效管理已打开的文件，其值为一个非负整数（通常是小整数），用于引用一个打开的文件。所有执行 I/O 操作的系统调用都会通过文件描述符。

如果直接说的话可能会很难理解。对于某些Linux用户来说，有类似如下的脚本：

g++ lots_of_errors 2>&1 | head

其中，2和2>&1是“标准”错误，1是“标准输出”，其中的&中间显示后面的数字是文件描述符而不是文件（否则所有“标准错误”将被重定向到名为 1 的文件）。

有了上面的知识，我们就可以开始探索什么是selection、poll、epoll了~

复用

正如文章开头所说，这三个都是I/O的复用机制和定义简要介绍了复用的原理。那么如何更直观的理解多路复用呢？下面是一张图：

对于Web服务器Nginx来说，有很多连接进来，epoll都监视它们，然后像​​交换机一样，谁有数据，就选择它，然后调用相应的代码来处理。

一般情况下，以下情况需要 I/O 复用：

• 当客户端处理多个描述符时（通常是交互式输入和网络套接字）
• 当服务器需要同时处理 UDP 和处理 ,一般使用 I/O 多路复用
• 如果一个 TCP 服务器需要同时处理监听套接字和已连接套接字

select (1983)

相应的头文件和函数原型为： ♼❝ I/ 的概念O 多路复用被提出，select 是第一个实现。 select的调用流程图如下：

缺点是：

• 每次select都要将fd集合从用户态复制到内核态。如果fd很多的话这个开销会非常大
• 同时每次select都要突破内核中所有传递过来的fd。如果fd很多的话这个开销会很大。也很大
• Select支持的文件描述符数量只有1024个，很小

如果系统支持的文件描述符数量不足，在Linux上一般会出现如下：

Too many open files (24)

这时候就需要通过类似： ulimit -n 2048 的方法来临时增加它。

poll (1997)

对应的头文件和函数原型为：

#include <sys/poll.h>

int poll (struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

/* Returns: count of ready descriptors, 0 on timeout, –1 on error */

​​poll 与 select 原理相同，但与 select 相比，poll 可以支持超过 1024 个文件描述符。

epoll (2002)

对应的头文件和函数原型为：

#include <sys/epoll.h>

int epoll_create(int size);
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);

与 select 和 poll 相比，epoll 最大的特点是：

• -polle 是，而现在 thread 和 polle 不是。
• epoll内部使用mmap来共享部分用户和内核空间，避免来回复制数据。
• epoll 是事件驱动的。 epoll_ctl注册事件并注册callback回调函数。 epoll_wait只返回已经发生的事件，避免了选择、轮询等事件的整个轮询操作。

什么是召回？举个简单的例子：

• 在四六级成绩即将出炉的那段时间，小张每次都试图查看成绩。这称为轮换训练。
• 小张不疼不痒的刷新页面。四、六级成绩出来后，他的手机自动收到了考试中心一个小时的推送：“叮，你六级没及格。”这是一次回忆。

另外一个容易理解的对比如下：

1. 对于select/survey模型，可以理解为酒店代理会订票，然后每隔几个小时询问是否有空，然后酒店会在“预订第二天取票”的时候，向酒店付款取票，这需要额外的时间和精力在电话上。
2. 对于epoll来说，是委托酒店订票的，但并没有再三询问。第二天酒店就买了票，酒店打电话去取票，付了钱给酒店取票。

epoll与Nginx

回到文章开头，最后我们可以简单总结一下为什么Nginx配合epoll运行效率高。原因是它使用异步、非阻塞、IO 复用。但是我们应该抨击 Nginx 并说“Nginx 彻底摧毁了 Apache”吗？

其实不是。与 Nginx 相比，Apache 是一个非常古老的 Web 服务器。模块组件支持丰富，稳定性强，BUG少，动态内容处理能力强。 Nginx的主要优点是占用资源。少、负载均衡、强高并发处理、高效的静态内容处理。只有掌握了自己的具体业务场景，才能具体情况具体讨论两种服务器的差异。

对于Nginx来说，其实有很多高频面试题，比如：

• Nginx中常用的命令有哪些？
  必须熟悉：nginx -t、nginx -s stop之类的♶ 之类的♶ 2有可能回归吗？
  这个分数情况是分类讨论的。一般可能是后端服务器挂了，或者是代理缓冲区不够
• 正向代理和反向代理有什么区别？
  正向代理：代理充当客户端的代理。反向代理：代理充当服务器的代理。
• 什么是负载均衡？
  代理服务器将接收到的请求平均分配给所有服务器

本文作者：Nova Kwok