epoll - I/O event notification facility

在linux的網(wǎng)絡(luò)編程中，很長的時間都在使用select來做事件觸發(fā)。在linux新的內(nèi)核中，有了一種替換它的機制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好處在于它不會隨著監(jiān)聽fd數(shù)目的增長而降低效率。因為在內(nèi)核中的select實現(xiàn)中，它是采用輪詢來處理的，輪詢的fd數(shù)目越多，自然耗時越多。并且，在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明：
#define __FD_SETSIZE 1024
表示select最多同時監(jiān)聽1024個fd，當(dāng)然，可以通過修改頭文件再重編譯內(nèi)核來擴大這個數(shù)目，但這似乎并不治本。

epoll的接口非常簡單，一共就三個函數(shù)：

int epoll_create(int size);
創(chuàng)建一個epoll的句柄，size用來告訴內(nèi)核這個監(jiān)聽的數(shù)目一共有多大。這個參數(shù)不同于select()中的第一個參數(shù)，給出最大監(jiān)聽的fd+1的值。需要注意的是，當(dāng)創(chuàng)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(jìn)程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll后，必須調(diào)用close()關(guān)閉，否則可能導(dǎo)致fd被耗盡。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注冊函數(shù)，它不同與select()是在監(jiān)聽事件時告訴內(nèi)核要監(jiān)聽什么類型的事件，而是在這里先注冊要監(jiān)聽的事件類型。第一個參數(shù)是epoll_create()的返回值，第二個參數(shù)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(jīng)注冊的fd的監(jiān)聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數(shù)是需要監(jiān)聽的fd，第四個參數(shù)是告訴內(nèi)核需要監(jiān)聽什么事，struct epoll_event結(jié)構(gòu)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(yīng)的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關(guān)閉）；
EPOLLOUT：表示對應(yīng)的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應(yīng)的文件描述符有緊急的數(shù)據(jù)可讀（這里應(yīng)該表示有帶外數(shù)據(jù)到來）；
EPOLLERR：表示對應(yīng)的文件描述符發(fā)生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應(yīng)的文件描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設(shè)為邊緣觸發(fā)(Edge Triggered)模式，這是相對于水平觸發(fā)(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監(jiān)聽一次事件，當(dāng)監(jiān)聽完這次事件之后，如果還需要繼續(xù)監(jiān)聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列里

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產(chǎn)生，類似于select()調(diào)用。參數(shù)events用來從內(nèi)核得到事件的集合，maxevents告之內(nèi)核這個events有多大，這個 maxevents的值不能大于創(chuàng)建epoll_create()時的size，參數(shù)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(shù)返回需要處理的事件數(shù)目，如返回0表示已超時。

關(guān)于ET、LT兩種工作模式：
可以得出這樣的結(jié)論:
ET模式僅當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化的時候才獲得通知,這里所謂的狀態(tài)的變化并不包括緩沖區(qū)中還有未處理的數(shù)據(jù),也就是說,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出錯為止,很多人反映為什么采用ET模式只接收了一部分?jǐn)?shù)據(jù)就再也得不到通知了,大多因為這樣;而LT模式是只要有數(shù)據(jù)沒有處理就會一直通知下去的.

那么究竟如何來使用epoll呢？其實非常簡單。
通過在包含一個頭文件#include <sys/epoll.h> 以及幾個簡單的API將可以大大的提高你的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的支持人數(shù)。

首先通過create_epoll(int maxfds)來創(chuàng)建一個epoll的句柄，其中maxfds為你epoll所支持的最大句柄數(shù)。這個函數(shù)會返回一個新的epoll句柄，之后的所有操作將通過這個句柄來進(jìn)行操作。在用完之后，記得用close()來關(guān)閉這個創(chuàng)建出來的epoll句柄。

之后在你的網(wǎng)絡(luò)主循環(huán)里面，每一幀的調(diào)用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)來查詢所有的網(wǎng)絡(luò)接口，看哪一個可以讀，哪一個可以寫了。基本的語法為：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd為用epoll_create創(chuàng)建之后的句柄，events是一個epoll_event*的指針，當(dāng)epoll_wait這個函數(shù)操作成功之后，epoll_events里面將儲存所有的讀寫事件。max_events是當(dāng)前需要監(jiān)聽的所有socket句柄數(shù)。最后一個timeout是 epoll_wait的超時，為0的時候表示馬上返回，為-1的時候表示一直等下去，直到有事件范圍，為任意正整數(shù)的時候表示等這么長的時間，如果一直沒有事件，則范圍。一般如果網(wǎng)絡(luò)主循環(huán)是單獨的線程的話，可以用-1來等，這樣可以保證一些效率，如果是和主邏輯在同一個線程的話，則可以用0來保證主循環(huán)的效率。

epoll_wait范圍之后應(yīng)該是一個循環(huán)，遍利所有的事件。

幾乎所有的epoll程序都使用下面的框架：

for( ; ; ){nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);for(i=0;i<nfds;++i){if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的連接{connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept這個連接ev.data.fd=connfd;ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //將新的fd添加到epoll的監(jiān)聽隊列中}else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到數(shù)據(jù)，讀socket{n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0 //讀ev.data.ptr = md; //md為自定義類型，添加數(shù)據(jù)ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改標(biāo)識符，等待下一個循環(huán)時發(fā)送數(shù)據(jù)，異步處理的精髓}else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有數(shù)據(jù)待發(fā)送，寫socket{struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr; //取數(shù)據(jù)sockfd = md->fd;send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 ); //發(fā)送數(shù)據(jù)ev.data.fd=sockfd;ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改標(biāo)識符，等待下一個循環(huán)時接收數(shù)據(jù)}else{//其他的處理}}}

下面給出一個完整的服務(wù)器端例子：

#include <iostream> #include <sys/socket.h> #include <sys/epoll.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <errno.h>using namespace std;#define MAXLINE 5 #define OPEN_MAX 100 #define LISTENQ 20 #define SERV_PORT 5000 #define INFTIM 1000void setnonblocking(int sock) {int opts;opts=fcntl(sock,F_GETFL);if(opts<0){perror("fcntl(sock,GETFL)");exit(1);}opts = opts|O_NONBLOCK;if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0){perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");exit(1);} }int main(int argc, char* argv[]) {int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;ssize_t n;char line[MAXLINE];socklen_t clilen;if ( 2 == argc ){if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 ){fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);return 1;}}else{fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);return 1;}//聲明epoll_event結(jié)構(gòu)體的變量,ev用于注冊事件,數(shù)組用于回傳要處理的事件struct epoll_event ev,events[20];//生成用于處理accept的epoll專用的文件描述符epfd=epoll_create(256);struct sockaddr_in clientaddr;struct sockaddr_in serveraddr;listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//把socket設(shè)置為非阻塞方式//setnonblocking(listenfd);//設(shè)置與要處理的事件相關(guān)的文件描述符ev.data.fd=listenfd;//設(shè)置要處理的事件類型ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//ev.events=EPOLLIN;//注冊epoll事件epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;char *local_addr="127.0.0.1";inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);serveraddr.sin_port=htons(portnumber);bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));listen(listenfd, LISTENQ);maxi = 0;for ( ; ; ) {//等待epoll事件的發(fā)生nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);//處理所發(fā)生的所有事件for(i=0;i<nfds;++i){if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新監(jiān)測到一個SOCKET用戶連接到了綁定的SOCKET端口，建立新的連接。{connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);if(connfd<0){perror("connfd<0");exit(1);}//setnonblocking(connfd);char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);cout << "accapt a connection from " << str << endl;//設(shè)置用于讀操作的文件描述符ev.data.fd=connfd;//設(shè)置用于注測的讀操作事件ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//ev.events=EPOLLIN;//注冊evepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);}else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已經(jīng)連接的用戶，并且收到數(shù)據(jù)，那么進(jìn)行讀入。{cout << "EPOLLIN" << endl;if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0)continue;if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {if (errno == ECONNRESET) {close(sockfd);events[i].data.fd = -1;} elsestd::cout<<"readline error"<<std::endl;} else if (n == 0) {close(sockfd);events[i].data.fd = -1;}line[n] = '/0';cout << "read " << line << endl;//設(shè)置用于寫操作的文件描述符ev.data.fd=sockfd;//設(shè)置用于注測的寫操作事件ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;//修改sockfd上要處理的事件為EPOLLOUT//epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);}else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有數(shù)據(jù)發(fā)送{sockfd = events[i].data.fd;write(sockfd, line, n);//設(shè)置用于讀操作的文件描述符ev.data.fd=sockfd;//設(shè)置用于注測的讀操作事件ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//修改sockfd上要處理的事件為EPOLINepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);}}}return 0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的epoll精讲的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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