面试题：网络编程中epoll在分布式系统里如何处理并发连接

epoll相较于select和poll在处理大量并发连接时的优势

连接数限制：
- select：单个进程能够监视的文件描述符的数量存在限制，在Linux系统中，这个限制通常是1024，这使得它在处理大量并发连接时力不从心。
- poll：本质上与select没有太大区别，虽然它没有了文件描述符数量的硬限制，但实际应用中，由于其线性遍历文件描述符集合的方式，在处理大量连接时性能也会急剧下降。
- epoll：没有文件描述符数量的限制，它能轻松应对大量并发连接，这使得它非常适合高并发场景。
性能：
- select：每次调用select，都需要将整个文件描述符集合从用户态拷贝到内核态，并且在内核态遍历检查所有的文件描述符，时间复杂度为O(n)，随着连接数的增加，性能会显著下降。
- poll：与select类似，同样需要将文件描述符集合从用户态拷贝到内核态，虽然poll使用链表来存储文件描述符，避免了select中数组大小的限制，但它也是线性遍历文件描述符集合，时间复杂度同样为O(n)，在高并发时性能不佳。
- epoll：采用事件驱动的方式，通过epoll_ctl将文件描述符添加到内核的红黑树中，只需要在第一次将文件描述符集合从用户态拷贝到内核态，之后内核只需要将有事件发生的文件描述符通过回调函数的方式通知用户态，时间复杂度为O(1)，在处理大量并发连接时性能优势明显。
内存拷贝：
- select：每次调用select都要进行一次用户态到内核态的文件描述符集合的拷贝，开销较大。
- poll：同select，每次调用poll也需要进行用户态到内核态的文件描述符集合的拷贝。
- epoll：仅在epoll_ctl添加文件描述符时进行一次拷贝，后续epoll_wait时不需要再次拷贝，减少了内存拷贝的开销。

epoll处理并发连接的工作流程及原理

epoll的三个核心函数：
- epoll_create：创建一个epoll实例，在内核中开辟一块空间用于存放epoll相关的数据结构，返回一个epoll文件描述符（epfd）。例如：int epfd = epoll_create(10); 这里的参数10仅为历史遗留，现在可随意填写非负整数。
- epoll_ctl：用于控制epoll实例，可添加、修改或删除要监视的文件描述符及其相关的事件。函数原型为int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);，其中epfd是epoll_create返回的文件描述符，op表示操作类型（如EPOLL_CTL_ADD、EPOLL_CTL_MOD、EPOLL_CTL_DEL），fd是要操作的文件描述符，event是一个结构体，用于指定要监视的事件类型（如EPOLLIN表示读事件，EPOLLOUT表示写事件等）。例如：

struct epoll_event event;
event.data.fd = sockfd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

epoll_wait：等待所监视的文件描述符上有事件发生。函数原型为int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);，epfd为epoll实例的文件描述符，events是一个数组，用于存放发生事件的文件描述符及相关事件，maxevents表示events数组的大小，timeout是等待的超时时间（单位为毫秒，-1表示无限等待）。该函数返回发生事件的文件描述符的个数。例如：

struct epoll_event events[1024];
int nfds = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);
for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
    int sockfd = events[i].data.fd;
    // 处理事件
}

工作原理：
- 数据结构：epoll在内核中使用红黑树来管理监视的文件描述符，这样添加、删除和查找文件描述符的时间复杂度都为O(log n)。同时，epoll使用一个链表来存储有事件发生的文件描述符。
- 事件注册：当通过epoll_ctl添加文件描述符时，内核将该文件描述符添加到红黑树中，并在文件描述符对应的内核数据结构中设置回调函数，当该文件描述符上有事件发生时，内核会调用这个回调函数将该文件描述符添加到事件链表中。
- 事件等待：epoll_wait函数等待时，内核检查事件链表，如果链表不为空，就将链表中的事件复制到用户态的events数组中，并返回事件的数量。如果链表为空，且设置了超时时间，就等待超时时间，超时后返回0；如果设置为无限等待，则一直阻塞直到有事件发生。

通过以上工作流程和原理，epoll在处理大量并发连接时展现出高效的性能和良好的扩展性。

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面试题：网络编程中epoll在分布式系统里如何处理并发连接

知识考点

面试题答案

epoll相较于select和poll在处理大量并发连接时的优势

epoll处理并发连接的工作流程及原理