Linux内核之inotify与epoll的具体例程实现

常见两种情况：
①：键盘即插即用：怎么检测键盘接入与拔出？
1.hotplug:内核发现键盘接入或者拔出—->启动hotplug进程—>将消息传送给输入系统
2.inotify:输入系统使用inotify检测目录： /dev/input
②：可使用多键盘：怎么知道哪个键盘被按下？采用epoll
意思就是可以检测多个文件：有无数据供读出，有无数据供写入

一、inotify的使用（监测目录/文件的变化）
①：fd = inotify_init()
②： inotify_add_watch（ 目录/文件， 创建/删除）
③：read(fd )
返回结果：多个下列结构体，而且结构体长度可能不一样

struct inotify_event {    __s32        wd;        /* watch descriptor */    __u32        mask;        /* watch mask */ Garmen:检测发生了什么变化    __u32        cookie;        /* cookie to synchronize two events */    __u32        len;        /* length (including nulls) of name */ Garmen：name的长度    char        name[0];    /* stub for possible name */ Garmen:发生变化的文件};

通过inotify监测系统目录下一个文件夹的文件的添加和删除

#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <sys/inotify.h>#include <string.h>#include <errno.h>/* *参考: frameworks\native\services\inputflinger\EventHub.cpp *//*Usage: inotify <dir> */int read_process_inotify_fd(int fd){    int res;    char event_buf[512];    int event_size;    int event_pos = 0;    struct inotify_event *event;    /* read */       res = read(fd, event_buf, sizeof(event_buf));    if(res < (int)sizeof(*event)) {        if(errno == EINTR)            return 0;        printf("could not get event, %s\n", strerror(errno));        return -1;    }    /* process     * 读到的数据是1个或多个inotify_event     * 它们的长度不一样     * 逐个处理     */    while(res >= (int)sizeof(*event)) {        event = (struct inotify_event *)(event_buf + event_pos);        //printf("%d: %08x \"%s\"\n", event->wd, event->mask, event->len ? event->name : "");        if(event->len) {            if(event->mask & IN_CREATE) {                printf("create file: %s\n", event->name);            } else {                printf("delete file: %s\n", event->name);            }        }        event_size = sizeof(*event) + event->len;        res -= event_size;        event_pos += event_size;    }    return 0;}int main(int argc, char **argv){    int mINotifyFd;    int result;    if (argc != 2)    {        printf("Usage: %s <dir>\n", argv[0]);        return -1;    }    /* inotify_init */    mINotifyFd = inotify_init();    /* add watch */    result = inotify_add_watch(mINotifyFd, argv[1], IN_DELETE | IN_CREATE);    /* read */    while (1)    {        read_process_inotify_fd(mINotifyFd);    }    return 0;}

使用方法：

inotify.cgcc -o inotify inotify.cmkdir tmp./inotify tmp &echo > tmp/1echo > tmp/2rm tmp/1 tmp/2

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二、epoll：
epoll的接口非常简单，一共就三个函数：

1、int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

2、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

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可以是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里

3、int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

epoll的用法：有无数据供读出，有无数据供写入
①：epoll_create(创建fd)
②：对每个文件，执行epoll_ctl(…, EPOLL_CTL_ADD)
表示要检测它
③：epoll_wait（等待某个文件可用）
④：不想再检测文件：epoll_ctl(…, EPOLL_CTL_DEL, ….)

通过epoll监测某个文件的数据的写入：

#include <sys/epoll.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <string.h>#if 0typedef union epoll_data {   void        *ptr;   int          fd;   uint32_t     u32;   uint64_t     u64;} epoll_data_t;#endif#define DATA_MAX_LEN 500/* usage: epoll <file1> [file2] [file3] ... */int add_to_epoll(int fd, int epollFd){    int result;    struct epoll_event eventItem;    memset(&eventItem, 0, sizeof(eventItem));    eventItem.events = EPOLLIN;    eventItem.data.fd = fd;    result = epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &eventItem);    return result;}void rm_from_epoll(int fd, int epollFd){    epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);}int main(int argc, char **argv){    int mEpollFd;    int i;    char buf[DATA_MAX_LEN];    // Maximum number of signalled FDs to handle at a time.    static const int EPOLL_MAX_EVENTS = 16;    // The array of pending epoll events and the index of the next event to be handled.    struct epoll_event mPendingEventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];    if (argc < 2)    {        printf("Usage: %s <file1> [file2] [file3] ...\n", argv[0]);        return -1;    }    /* epoll_create */    mEpollFd = epoll_create(8);    /* for each file:     * open it     * add it to epoll: epoll_ctl(...EPOLL_CTL_ADD...)     */    for (i = 1; i < argc; i++)         {        //int tmpFd = open(argv[i], O_RDONLY|O_NONBLOCK);        int tmpFd = open(argv[i], O_RDWR);        add_to_epoll(tmpFd, mEpollFd);    }    /* epoll_wait */    while (1)    {        int pollResult = epoll_wait(mEpollFd, mPendingEventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, -1);        for (i = 0; i < pollResult; i++)        {            printf("Reason: 0x%x\n", mPendingEventItems[i].events);            int len = read(mPendingEventItems[i].data.fd, buf, DATA_MAX_LEN);            buf[len] = '\0';            printf("get data: %s\n", buf);            //sleep(3);        }    }    return 0;}

使用方法：

epoll.cgcc -o epoll epoll.cmkdir tmpmkfifo  tmp/1 tmp/2 tmp/3./epoll tmp/1 tmp/2 tmp/3 &echo aaa > tmp/1echo bbb > tmp/2

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三：编写inotify_epoll.c, 用它来监测tmp/目录: 有文件被创建/删除, 有文件可读出数据
a. 当在tmp/下创建文件时, 会立刻监测到，并且使用epoll监测该文件
b. 当文件有数据时，读出数据
c. 当tmp/下文件被删除时，会立刻监测到，并且把它从epoll中移除不再监测

#include <sys/epoll.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <string.h>#include <sys/inotify.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#define DATA_MAX_LEN 500#define MAX_FILES 1000static char *base_dir;static char *epoll_files[MAX_FILES];#if 0typedef union epoll_data {   void        *ptr;   int          fd;   uint32_t     u32;   uint64_t     u64;} epoll_data_t;#endif/* usage: epoll <file1> [file2] [file3] ... */int add_to_epoll(int fd, int epollFd){    int result;    struct epoll_event eventItem;    memset(&eventItem, 0, sizeof(eventItem));    eventItem.events = EPOLLIN;    eventItem.data.fd = fd;    result = epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &eventItem);    return result;}void rm_from_epoll(int fd, int epollFd){    epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);}int get_epoll_fd_for_name(char *name){    int i;    char name_to_find[500];    sprintf(name_to_find, "%s/%s", base_dir, name);    for (i = 0; i < MAX_FILES; i++)    {        if (!epoll_files[i])            continue;        if (!strcmp(epoll_files[i], name_to_find))            return i;    }    return -1;}/* *参考: frameworks\native\services\inputflinger\EventHub.cpp *//*Usage: inotify <dir> */int read_process_inotify_fd(int mINotifyFd, int mEpollFd){    int res;    char event_buf[512];    int event_size;    int event_pos = 0;    struct inotify_event *event;    /* read */       res = read(mINotifyFd, event_buf, sizeof(event_buf));    if(res < (int)sizeof(*event)) {        if(errno == EINTR)            return 0;        printf("could not get event, %s\n", strerror(errno));        return -1;    }    /* process     * 读到的数据是1个或多个inotify_event     * 它们的长度不一样     * 逐个处理     */    while(res >= (int)sizeof(*event)) {        event = (struct inotify_event *)(event_buf + event_pos);        //printf("%d: %08x \"%s\"\n", event->wd, event->mask, event->len ? event->name : "");        if(event->len) {            if(event->mask & IN_CREATE) {     //Garmen:如果是创建文件的话，就把文件打开，然后添加到epool中去                printf("create file: %s\n", event->name);                char *name = malloc(512);                sprintf(name, "%s/%s", base_dir, event->name);                int tmpFd = open(name, O_RDWR);     //Garmen:fmpFd是文件句柄                printf("add to epoll: %s\n", name);                add_to_epoll(tmpFd, mEpollFd);                epoll_files[tmpFd] = name;     //Garmen：使用数组建立文件名与文件句柄的联系，它以文件句柄为下标指向一个名字，当我们创建一个文件时候，通过mINotifyFd读出名字            } else {                printf("delete file: %s\n", event->name);                int tmpFd = get_epoll_fd_for_name(event->name);                if (tmpFd >= 0)                {                    printf("remove from epoll: %s/%s\n", base_dir, event->name);                    rm_from_epoll(tmpFd, mEpollFd);                    free(epoll_files[tmpFd]);                }            }        }        event_size = sizeof(*event) + event->len;        res -= event_size;        event_pos += event_size;    }    return 0;}int main(int argc, char **argv){    int mEpollFd;    int i;    char buf[DATA_MAX_LEN];    int mINotifyFd;    int result;    // Maximum number of signalled FDs to handle at a time.    static const int EPOLL_MAX_EVENTS = 16;    // The array of pending epoll events and the index of the next event to be handled.    struct epoll_event mPendingEventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];    if (argc != 2)    {        printf("Usage: %s <tmp>\n", argv[0]);        return -1;    }    base_dir = argv[1];    /* epoll_create */    mEpollFd = epoll_create(8);    /* inotify_init */    mINotifyFd = inotify_init();    /* add watch */    result = inotify_add_watch(mINotifyFd, base_dir, IN_DELETE | IN_CREATE);//Garmen:监视整个文件夹，当有文件添加或者删除，得到它的句柄mINotifyFd    add_to_epoll(mINotifyFd, mEpollFd);//Garmen:然后从上面得到句柄mINotifyFd，再添加到epoll进行监视该文件夹    /* epoll_wait */    while (1)    {        /*以阻塞的方式监测，mEpollFd其实包含了文件夹的fd，还有将要创建的文件的fd，都在epoll的监测之中*/        int pollResult = epoll_wait(mEpollFd, mPendingEventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, -1);        for (i = 0; i < pollResult; i++)        {            /*Garmen：通过打印fd明白这条分支是监测文件夹，有无文件的添加或者删除*/            if (mPendingEventItems[i].data.fd == mINotifyFd)                {                read_process_inotify_fd(mINotifyFd, mEpollFd);            }            /*Garmen：这条分支是监测文件的有无数据写入，有的话将数据读出*/            else            {                printf("Reason: 0x%x\n", mPendingEventItems[i].events);                int len = read(mPendingEventItems[i].data.fd, buf, DATA_MAX_LEN);                buf[len] = '\0';                printf("get data: %s\n", buf);                //sleep(3);            }        }    }    return 0;}

注意：
①：base_dir是文件夹名，例如tmp/
使用方法是./inotify_epoll tmp/ &
而base_dir = argv[1]; 故第2个参数是tmp/：即是文件夹的名字
②：inotify_add_watch() 监视了整个文件夹的添加或者删除

使用方法：

inotify_epoll.cgcc -o inotify_epoll inotify_epoll.cmkdir tmp./inotify_epoll tmp/ &mkfifo  tmp/1 tmp/2 tmp/3echo aaa > tmp/1echo bbb > tmp/2rm tmp/3