一、基本概念

epoll是Linux內核為處理大批量文件描述符而作了改進的poll，是Linux下多路復用IO接口select/poll的增強版本，它能顯著提高程序在大量并發連接中只有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。

另一點原因就是獲取事件的時候，它無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內核IO事件異步喚醒而加入Ready隊列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那種IO事件的

水平觸發（Level Triggered）外，還提供了邊緣觸發（Edge Triggered），這就使得用戶空間程序有可能緩存IO狀態，減少epoll_wait/epoll_pwait的調用，提高應用程序效率。

二、epoll函數解析

epoll過程分為三個接口

#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);

1、epoll_create(int size)：

創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。這個參數不同于select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當創建好epoll句柄后，它就是會占用一個fd值，

在linux下如果查看/proc/進程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll后，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。

2、epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)

epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什么類型的事件epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什么類型的事件，而是在這里先注冊要監聽的事件類型。

第一個參數是epoll_create()的返回值；

第二個參數表示動作，用三個宏來表示：

EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；

EPOLL_CTL_MOD：修改已經注冊的fd的監聽事件；

EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；

第三個參數是需要監聽的fd；

第四個參數是告訴內核需要監聽什么事，struct epoll_event結構如下：

typedef union epoll_data{void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;}epoll_data_t; struct epoll_event {__uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */}; events可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這里應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對于水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之后，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列里

3、epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)

等待事件的產生，類似于select()調用。參數events用來從內核得到事件的集合，maxevents告之內核這個events有多大，這個maxevents的值不

能大于創建epoll_create()時的size，參數timeout是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1將不確定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。

三、epoll 的工作原理

epoll同樣只告知那些就緒的?文件描述符，?而且當我們調?用epoll_wait()獲得就緒?文件描述符時，返回的不是實際的描述符，?而是?一個代表就緒描述符數量的值，

你只需要去epoll指定的?個數組中依次取得相應數量的?文件描述符即可，這?里也使?用了內存映射（mmap）技術，這樣便徹底省掉了這些?文件描述符在系統調?用時復制的開銷。

另?一個本質的改進在于epoll采?用基于事件的就緒通知?方式。在select/poll中，進程只有在調?用?一定的?方法后，內核才對所有監視的?文件描述符進?行掃描，

?而epoll事先通過epoll_ctl()來注冊?一個?文件描述符，?一旦基于某個?文件描述符就緒時，內核會采?用類似callback的回調機制，迅速激活這個?文件描述符，

當進程調?用epoll_wait()時便得到通知。

Epoll的2種?工作?方式-?水平觸發（LT）和邊緣觸發（ET）：??

假如有這樣一個例子：

1. 我們已經把一個用來從管道中讀取數據的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符

2. 這個時候從管道的另一端被寫入了2KB的數據

3. 調用epoll_wait(2)，并且它會返回RFD，說明它已經準備好讀取操作

4. 然后我們讀取了1KB的數據

5. 調用epoll_wait(2)......

Edge Triggered 工作模式：

如果我們在第1步將RFD添加到epoll描述符的時候使用了EPOLLET標志，那么在第5步調用epoll_wait(2)之后將有可能會掛

起，因為剩余的數據還存在于文件的輸入緩沖區內，而且數據發出端還在等待一個針對已經發出數據的反饋信息。只有在監視

的文件句柄上發生了某個事件的時候 ET 工作模式才會匯報事件。因此在第5步的時候，調用者可能會放棄等待仍在存在于文

件輸入緩沖區內的剩余數據。在上面的例子中，會有一個事件產生在RFD句柄上，因為在第2步執行了一個寫操作，然后，

事件將會在第3步被銷毀。因為第4步的讀取操作沒有讀空文件輸入緩沖區內的數據，因此我們在第5步調用 epoll_wait(2)完成

后，是否掛起是不確定的。epoll工作在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以避免由于一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操

作把處理多個文件描述符的任務餓死。最好以下面的方式調用ET模式的epoll接口，在后面會介紹避免可能的缺陷。

? ?i ? ?基于非阻塞文件句柄

? ?ii ? 只有當read(2)或者write(2)返回EAGAIN時才需要掛起，等待。但這并不是說每次read()時都需要循環讀，直到讀到產生一

個EAGAIN才認為此次事件處理完成，當read()返回的讀到的數據長度小于請求的數據長度時，就可以確定此時緩沖中已沒有

數據了，也就可以認為此事讀事件已處理完成。

Level Triggered 工作模式

相反的，以LT方式調用epoll接口的時候，它就相當于一個速度比較快的poll(2)，并且無論后面的數據是否被使用，因此他們具

有同樣的職能。因為即使使用ET模式的epoll，在收到多個chunk的數據的時候仍然會產生多個事件。調用者可以設定

EPOLLONESHOT標志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll會與事件關聯的文件句柄從epoll描述符中禁止掉。因此當?

EPOLLONESHOT設定后，使用帶有 EPOLL_CTL_MOD標志的epoll_ctl(2)處理文件句柄就成為調用者必須作的事情。

注：ET模式在很大程度上減少了epoll事件被重復觸發的次數，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的時候，必須使用

非阻塞套接口，以避免由于一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操作把處理多個文件描述符的任務餓死。

LT(level triggered)是epoll缺省的?工作?方式，并且同時?支持block和no-block socket.在這種做法中，內核告訴你?一個?

文件描述符是否就緒了，然后你可以對這個就緒的fd進?行IO操作。如果你不作任何操作，內核還是會繼續通知你 的，所以，

這種模式編程出錯誤可能性要?小一點。傳統的select/poll都是這種模型的代表。

ET (edge-triggered)是?高速?工作?方式，只?支持no-block socket，它效率要?比LT更?高。ET與LT的區別在于，當一個

新的事件到來時，ET模式下當然可以從epoll_wait調?用中獲取到這個事件，可是如果這次沒有把這個事件對應的套接字緩沖

區處理完，在這個套接字中沒有新的事件再次到來時，在ET模式下是?無法再次從epoll_wait調?用中獲取這個事件的。?而

LT模式正好相反，只要?一個事件對應的套接字緩沖區還有數據，就總能從epoll_wait中獲取這個事件。因此，LT模式下開發

基于epoll的應?用要簡單些，不太容易出錯。?而在ET模式下事件發?生時，如果沒有徹底地將緩沖區數據處理完，則會導

致緩沖區中的?用戶請求得不到響應。Nginx默認采?用ET模式來使?用epoll。

四、epoll實現服務器

#include<stdio.h> #include<sys/epoll.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<arpa/inet.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> static void usage(const char *proc) {printf("usage:%s [local_ip] [local_port]",proc); }typedef struct fd_buf {int fd;char buf[10240]; }fd_buf_t,*fd_buf_p;static void *alloc_fd_buf(int fd) {fd_buf_p tmp=(fd_buf_p)malloc(sizeof(fd_buf_t));if(!tmp){perror("malloc");return NULL;}tmp->fd=fd;return tmp; }int startup(const char *_ip,const int _port) {int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock<0){perror("socket");return 2;}struct sockaddr_in local;local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);local .sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip);if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){perror("bind");return 3;}if(listen(sock,10)<0){perror("listen");return 4;}return sock; } int main(int argc,char *argv[]) {if(argc!=3){usage(argv[0]);return 1;}int listen_sock=startup(argv[1],atoi(argv[2]));int epfd=epoll_create(256);if(epfd<0){printf("epoll_create");close(listen_sock);return 5;}struct epoll_event ev;ev.events=EPOLLIN;ev.data.ptr=alloc_fd_buf(listen_sock);epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev);int num=0;struct epoll_event evs[64];int timeout=-1;while(1){switch((num=epoll_wait(epfd,evs,64,timeout))){//等待失敗 case -1:perror("epoll_wait");break;//超時case 0:perror("timeout...");break;//等待成功default:{int i=0;for(;i<num;i++){fd_buf_p fp=(fd_buf_p)evs[i].data.ptr;if(fp->fd==listen_sock && \(evs[i].events & EPOLLIN)){struct sockaddr_in client;socklen_t len=sizeof(client);int new_sock=accept(listen_sock,\(struct sockaddr*)&client,&len);if(new_sock<0){perror("accept");continue;}printf("get a new client\n");ev.events=EPOLLIN;ev.data.ptr=alloc_fd_buf(new_sock);epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,\new_sock,&ev);}else if(fp->fd!=listen_sock){//讀事件if(evs[i].events & EPOLLIN){ssize_t s=read(fp->fd,fp->buf,sizeof(fp->buf));if(s>0){fp->buf[s]=0;printf("client say:%s\n",fp->buf);ev.events=EPOLLOUT;ev.data.ptr=fp;epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,fp->fd,&ev);}else if(s<=0){close(fp->fd);epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fp->fd,NULL);free(fp);}else{}}//寫事件else if(evs[i].events & EPOLLOUT){const char *msg="HTTP/1.0 200 OK\r\n\r\n<html><h1>hello epoll</h1></html>";write(fp->fd,msg,strlen(msg));close(fp->fd);epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fp->fd,NULL);free(fp);}else{}}else{}}}break;}}return 0; }

五、epoll與select、poll比較

1 支持一個進程所能打開的最大連接數

?select ? ? ? ? ? ? ? ??	?單個進程所能打開的最大連接數有FD_SETSIZE宏定義，其大小是32個整數的大小（在32位的機器上，大小就是32*32，同理64位機器上 FD_SETSIZE為32*64），當然我們可以對它進行修改，然后重新編譯內核，但是性能可能會受到影響，這需要進一步的測試。
?poll	?poll本質上和select沒有區別，但是它沒有最大連接數的限制，原因是它是基于鏈表來存儲的
? epoll	?雖然連接數有上限，但是很大，1G內存的機器上可以打開10萬左右的連接，2G內存的機器可以打開20萬左右的連接。

?

2 FD劇增后帶來的IO效率問題

?select ? ? ? ? ? ? ? ? ??	?因為每次調用時都會對連接進行線性遍歷，所以隨著FD的增加會造成遍歷速度慢的“線性下降性能問題”。
?poll	?同上
?epoll	?因為epoll內核中實現是根據每個fd上的callback函數來實現的，只有活躍的socket才會主動調用callback，所以在活躍socket較少的情況下，使用epoll沒有前面兩者的線性下降的性能問題，但是所有socket都很活躍的情況下，可能會有性能問題。

???

3 消息傳遞方式

?select	?內核需要將消息傳遞到用戶空間，都需要內核拷貝動作
?poll	?同上
?epoll	?epoll通過內核和用戶空間共享一塊內存來實現的

???

綜上，在選擇select，poll，epoll時要根據具體的使用場合以及這三種方式的自身特點。表面上看epoll的性能最好，但是在連接數少并且連接都十

分活躍的情況下，select和poll的性能可能比epoll好，畢竟epoll的通知機制需要很多函數回調。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux: I/O多路转接之epoll（有图有代码有真相！！！）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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