遇到問(wèn)題】

? ? 手頭原來(lái)有一個(gè)單進(jìn)程的linux epoll服務(wù)器程序，近來(lái)希望將它改寫(xiě)成多進(jìn)程版本，主要原因有：

1. 在服務(wù)高峰期間 并發(fā)的 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求非常海量，目前的單進(jìn)程版本的程序有點(diǎn)吃不消：?jiǎn)芜M(jìn)程時(shí)只有一個(gè)循環(huán)先后處理epoll_wait()到的事件，使得某些不幸排隊(duì)靠后的socket fd的網(wǎng)絡(luò)事件處理不及時(shí)（擔(dān)心有些socket客戶端等不耐煩而超時(shí)斷開(kāi)）；
2. 希望充分利用到服務(wù)器的多顆CPU；

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? ? 但隨著改寫(xiě)工作的深入，便第一次碰到了“驚群”問(wèn)題，一開(kāi)始我的程序設(shè)想如下：

1. 主進(jìn)程先監(jiān)聽(tīng)端口， listen_fd = socket(...);
2. 創(chuàng)建epoll，epoll_fd =?epoll_create(...);
3. 然后開(kāi)始fork()，每個(gè)子進(jìn)程進(jìn)入大循環(huán)，去等待new??accept，epoll_wait(...)，處理事件等。

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? ? 接著就遇到了“驚群”現(xiàn)象：當(dāng)listen_fd有新的accept()請(qǐng)求過(guò)來(lái)，操作系統(tǒng)會(huì)喚醒所有子進(jìn)程（因?yàn)檫@些進(jìn)程都epoll_wait()同一個(gè)listen_fd，操作系統(tǒng)又無(wú)從判斷由誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)accept，索性干脆全部叫醒……），但最終只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程成功accept，其他進(jìn)程accept失敗。外國(guó)IT友人認(rèn)為所有子進(jìn)程都是被“嚇醒”的，所以稱之為Thundering Herd（驚群）。

? ??打個(gè)比方，街邊有一家麥當(dāng)勞餐廳，里面有4個(gè)服務(wù)小窗口，每個(gè)窗口各有一名服務(wù)員。當(dāng)大門(mén)口進(jìn)來(lái)一位新客人，“歡迎光臨！”餐廳大門(mén)的感應(yīng)式門(mén)鈴自動(dòng)響了（相當(dāng)于操作系統(tǒng)底層捕抓到了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)事件），于是4個(gè)服務(wù)員都抬起頭（相當(dāng)于操作系統(tǒng)喚醒了所有服務(wù)進(jìn)程）希望將客人招呼過(guò)去自己所在的服務(wù)窗口。但結(jié)果可想而知，客人最終只會(huì)走向其中某一個(gè)窗口，而其他3個(gè)窗口的服務(wù)員只能“失望嘆息”（這一聲無(wú)奈的嘆息就相當(dāng)于accept()返回EAGAIN錯(cuò)誤），然后埋頭繼續(xù)忙自己的事去。

? ? 這樣子“驚群”現(xiàn)象必然造成資源浪費(fèi)，那有木有好的解決辦法呢？

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【尋找辦法】

? ? 看了網(wǎng)上N多帖子和網(wǎng)頁(yè)，閱讀多款優(yōu)秀開(kāi)源程序的源代碼，再結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，總結(jié)如下：

1. ?實(shí)際情況中，在發(fā)生驚群時(shí)，并非全部子進(jìn)程都會(huì)被喚醒，而是一部分子進(jìn)程被喚醒。但被喚醒的進(jìn)程仍然只有1個(gè)成功accept，其他皆失敗。
2. 所有基于linux epoll機(jī)制的服務(wù)器程序在多進(jìn)程時(shí)都受驚群?jiǎn)栴}的困擾，包括 lighttpd 和 nginx 等程序，各家程序的處理辦法也不一樣。
3. lighttpd的解決思路：無(wú)視驚群。采用Watcher/Workers模式，具體措施有優(yōu)化fork()與epoll_create()的位置（讓每個(gè)子進(jìn)程自己去epoll_create()和epoll_wait()），捕獲accept()拋出來(lái)的錯(cuò)誤并忽視等。這樣子一來(lái)，當(dāng)有新accept時(shí)仍將有多個(gè)lighttpd子進(jìn)程被喚醒。
4. nginx的解決思路：避免驚群。具體措施有使用全局互斥鎖，每個(gè)子進(jìn)程在epoll_wait()之前先去申請(qǐng)鎖，申請(qǐng)到則繼續(xù)處理，獲取不到則等待，并設(shè)置了一個(gè)負(fù)載均衡的算法（當(dāng)某一個(gè)子進(jìn)程的任務(wù)量達(dá)到總設(shè)置量的7/8時(shí)，則不會(huì)再嘗試去申請(qǐng)鎖）來(lái)均衡各個(gè)進(jìn)程的任務(wù)量。
5. 一款國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀商業(yè)MTA服務(wù)器程序（不便透露名稱）：采用Leader/Followers線程模式，各個(gè)線程地位平等，輪流做Leader來(lái)響應(yīng)請(qǐng)求。
6. 對(duì)比lighttpd和nginx兩套方案，前者實(shí)現(xiàn)方便，邏輯簡(jiǎn)單，但那部分無(wú)謂的進(jìn)程喚醒帶來(lái)的資源浪費(fèi)的代價(jià)如何仍待商榷（有網(wǎng)友測(cè)試認(rèn)為這部分開(kāi)銷(xiāo)不大 http://www./topic/382107）。后者邏輯較復(fù)雜，引入互斥鎖和負(fù)載均衡算分也帶來(lái)了更多的程序開(kāi)銷(xiāo)。所以這兩款程序在解決問(wèn)題的同時(shí)，都有其他一部分計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，只是哪一個(gè)開(kāi)銷(xiāo)更大，未有數(shù)據(jù)對(duì)比。
7. 坊間也流傳Linux 2.6.x之后的內(nèi)核，就已經(jīng)解決了accept的驚群?jiǎn)栴}，論文地址?http://static./event/usenix2000/freenix/full_papers/molloy/molloy.pdf?。
8. 但其實(shí)不然，這篇論文里提到的改進(jìn)并未能徹底解決實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的驚群?jiǎn)栴}，因?yàn)榇蠖鄶?shù)多進(jìn)程服務(wù)器程序都是在fork()之后，再對(duì)epoll_wait(listen_fd,...)的事件，這樣子當(dāng)listen_fd有新的accept請(qǐng)求時(shí)，進(jìn)程們還是會(huì)被喚醒。論文的改進(jìn)主要是在內(nèi)核級(jí)別讓accept()成為原子操作，避免被多個(gè)進(jìn)程都調(diào)用了。

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【采用方案】

? ? 多方考量，最后選擇參考lighttpd的Watcher/Workers模型，實(shí)現(xiàn)了我需要的那款多進(jìn)程epoll程序，核心流程如下：

1. 主進(jìn)程先監(jiān)聽(tīng)端口， listen_fd = socket(...); ，setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,...)，setnonblocking(listen_fd)，listen(listen_fd,...)。
2. 開(kāi)始fork()，到達(dá)子進(jìn)程數(shù)上限（建議根據(jù)服務(wù)器實(shí)際的CPU核數(shù)來(lái)配置）后，主進(jìn)程變成一個(gè)Watcher，只做子進(jìn)程維護(hù)和信號(hào)處理等全局性工作。
3. 每一個(gè)子進(jìn)程（Worker）中，都創(chuàng)建屬于自己的epoll，epoll_fd =?epoll_create(...);，接著將listen_fd加入epoll_fd中，然后進(jìn)入大循環(huán)，epoll_wait()等待并處理事件。千萬(wàn)注意，epoll_create()這一步一定要在fork()之后。
4. 大膽設(shè)想（未實(shí)現(xiàn)）：每個(gè)Worker進(jìn)程采用多線程方式來(lái)提高大循環(huán)的socket fd處理速度，必要時(shí)考慮加入互斥鎖來(lái)做同步，但也擔(dān)心這樣子得不償失（進(jìn)程 線程頻繁切換帶來(lái)的額外操作系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)），這一步尚未實(shí)現(xiàn)和測(cè)試，但看到nginx源碼中貌似有此邏輯。

【小結(jié)】

? ? 縱觀現(xiàn)如今的Linux服務(wù)器程序開(kāi)發(fā)（無(wú)論是游戲服務(wù)器/WebServer服務(wù)器/balabala各類(lèi)應(yīng)用服務(wù)器），epoll可謂大行其道，當(dāng)紅炸子雞一枚。它也確實(shí)是一個(gè)好東西，單進(jìn)程時(shí)的事件處理能力就已經(jīng)大大強(qiáng)于poll/select，難怪Nginx/Lighttpd等生力軍程序都那么喜歡它。

? ? 但畢竟只有一個(gè)進(jìn)程的話，晾著服務(wù)器的多個(gè)CPU實(shí)在是罪過(guò)，為追求更高的機(jī)器利用率和更短的請(qǐng)求響應(yīng)處理時(shí)間，還是折騰著搞出了多進(jìn)程epoll。