网页游戏服务端编程教学,一片文章就能说清楚的事

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从事服务器端开发，有必要联系网络编程。Epoll作为linux下高性能网络服务器的必要技术非常重要。nginx、redis、天网和大多数游戏服务器都使用这种复用技术。
由于epoll的重要性，许多游戏公司在网页游戏服务端招募学生时会询问与epoll相关的问题。例如，epoll和select有什么区别？epoll高效率的原因是什么？如果我们仅仅依靠背诵，我们显然不能指望深刻的理解。
虽然在网上有很多关于epoll的文章，但是它们要么太简单，要么属于源代码分析，很难理解。因此，我决定写这篇文章，让那些缺乏专业背景知识的读者能够理解爱波尔的原则。这篇文章的核心思想是:
让读者清楚地了解为什么EPOLL表现出色。
本文将从从网卡接收数据的过程开始，连接CPU中断、操作系统进程调度等知识。逐步分析了阻塞接收数据和选择epoll的演变过程。最后，探索epoll的实现细节。
首先，从网卡接收数据
下图是典型的计算机结构图。计算机由中央处理器、内存(内存)、网络接口和其他组件组成。理解epoll本质的第一步是从硬件的角度来看计算机如何接收网络数据。
计算机结构图(图像来源:完全由linux内核注释的微机组成结构)
下图显示了网卡接收数据的过程。在阶段①，网卡从网线接收数据；在阶段2中传输硬件电路之后；最后，数据被写入存储器中的一个地址(阶段3)。这个过程涉及硬件相关的知识，如DMA传输和IO路径选择，但我们需要知道的是网卡将把接收到的数据写入内存。
通过硬件传输，网卡接收的数据存储在内存中。操作系统可以读取它们。
第二，你如何知道你已经收到数据？
理解epoll本质的第二步是从中央处理器的角度来看待数据接收。要理解这个问题，首先必须理解——中断的概念。
当计算机执行一个程序时，它将有优先权要求。例如，当计算机接收到断电信号时(电容器可以为中央处理器的短时间运行节省一点电力)，它应该立即保存数据，并且保存数据的程序具有更高的优先级。
一般来说，硬件产生的信号需要cpu立即响应(否则数据可能会丢失)，因此它的优先级非常高。cpu应该切断正在执行的程序以作出响应。当cpu完成对硬件的响应时，用户程序将被重新执行。中断过程如下图所示，类似于函数调用。然而，函数调用有一个预定的位置，中断位置由“信号”决定。
当套接字接收到数据时，操作系统将套接字等待队列上的进程放回工作队列，进程开始运行并继续执行代码。另外，因为套接字的接收缓冲区已经有数据，recv可以返回接收的数据。
4.内核接收网络数据的全过程
在这一步中，通过对网卡、中断和进程调度的了解，描述了内核在阻塞recv下接收数据的整个过程。
如下图所示，在recv阻塞期间，计算机接收到对方发送的数据(步骤①)。数据通过网卡传输到存储器(步骤2)，然后网卡通过中断信号通知cpu数据到达，cpu执行中断程序(步骤3)。这里的中断程序主要有两个功能:首先，将网络数据写入相应套接字的接收缓冲区(步骤④)，然后唤醒进程a(步骤⑤)，并将进程a放回工作队列。
内核接收数据的整个过程
唤醒过程
以上是内核接收数据的整个过程。
这里还有两个思考问题。让我们先考虑一下他们。
首先，操作系统如何知道网络数据对应哪个套接字？
第二，如何同时监控多个套接字的数据？
(——我是分界线，我不能向下看，直到我想清楚。)
宣布答案的时候到了。
第一个问题:因为套接字对应一个端口号，而网络数据包包含ip和端口信息，内核可以通过端口号找到对应的套接字。当然，为了提高处理速度，操作系统会保持端口号到套接字的索引结构以便快速读取。
第二个问题是最重要的复用，这是本文后半部分的重点！
五、同时监控多个插座的简单方法
服务器需要管理多个客户端连接，而recv只能监控单个套接字。在这种矛盾下，人们开始寻找方法来监控多个套接字。Epoll的本质是有效地监控多个套接字。从历史发展的角度来看，不可避免地会首先出现一种效率较低的方法，人们会对其进行改进。只有通过理解效率较低的方法，我们才能理解epoll的本质。
如果可以提前传递套接字列表，如果列表中的所有套接字都没有数据，则暂停进程，直到一个套接字接收到数据并唤醒该进程。这种方法非常直接，也是选择的设计思想。
为了便于理解，让我们先回顾一下select的用法。在下面的代码中，首先准备一个数组(在下面的代码中是fds)并让fds存储所有要监控的套接字。然后呼叫选择。如果fds中的所有套接字都没有数据，选择将阻塞，直到一个套接字接收到数据，选择返回并唤醒进程。用户可以遍历FD，判断哪个套接字通过FD_ISSET接收数据，然后进行处理。