I/O多路转接之epoll

来源：互联网发布：u盘安装ubuntu系统安装编辑：程序博客网时间：2024/05/16 11:49

epoll是对select和poll的改进，表现在：
1、epoll保证了每个fd在整个过程中只会拷贝一次。
2、获取事件时，它无须遍历整个被监听的描述符集，只要遍历那些被内核I/O事件异步唤醒而加入就绪队列的描述符集合即可。
3、epoll所支持的fd上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048，在1GB内存的机器上大约是10万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max查看,该数目与系统内存有关。
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epoll提供了三个系统调用接口来实现上面的功能

创建一个epoll的句柄，size参数是被忽略的。当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在使用完epoll后，必须调用close关闭，否则可能导致fd被耗尽。当调用该函数时，操作系统则创建一个就绪队列和一个红黑树（当然还有其他的底层结构）；就绪队列用来存放就绪的fd，红黑树用来存放要监听的fd。

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epoll的事件注册函数，它不同于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（往红黑树上注册）。
参数1：epfd是epoll_create的返回值;
参数2：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；
参数3：fd是需要监听的fd。
参数4：是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：
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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；

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收集在epoll监听的事件中已经就绪的事件。等待红黑树上的某个fd的某个事件就绪，若有就绪的fd,则将该fd拷贝一份放至就绪队列中（操作系统依靠回调函数来完成）。
参数2：events是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件（就绪队列）复制到events数组中（有序且全部有效）（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。
参数3：maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于epoll_create函数的size；
参数4：timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1永久阻塞）；
返回值：
成功：返回对应I/O上已就绪的文件描述符数目；
0：表示timeout已超时；
-1：出错。
epoll的两种工作方式：
水平触发（LT）：（有数据时）一直在等，低效但是可靠。
边缘触发（ET）：有数据时即通知（只通知一次），会出现数据丢失问题，但是高效。
注： epoll默认为水平触发工作方式。可以通过epoll_ctl函数来设置。
使用epoll实现一个tcp服务器：

//server端：#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/epoll.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>int array_fds[1024];static void Usage(const char* proc){    printf("Usage:%s [local_ip][local_port]\n",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;} void Default(int epollfd,int listen_sock,int num,struct epoll_event ev,struct epoll_event *evs){    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(fp->fd,(struct sockaddr*)&client,&len);            if(new_sock<0)            {                perror("accept");                continue;            }            printf("new client--> %s:%d\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));            ev.events = EPOLLIN;            ev.data.ptr = alloc_fd_buf(new_sock);            epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev);          }        else if(fp->fd !=listen_sock)        {            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(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fp->fd,&ev);                    }                else if(s == 0)                {                    printf("client is quit!!\n");                    close(fp->fd);                    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fp->fd,NULL);                    free(fp);                }                else                {                    perror("read");                    close(fp->fd);                    epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fp->fd,NULL);                    free(fp);                }            }            else if(evs[i].events & EPOLLOUT)            {                const char *msg="HTTP/1.0 200 OK\r\n\r\n<html><h1>LIUJINHUA</h1></html>\r\n";                write(fp->fd,msg,strlen(msg));                close(fp->fd);                epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fp->fd,NULL);                free(fp);            }        }    }}int Startup(const char* _ip,int _port){    int sock= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    if(sock<0)    {        perror("socket");        exit(1);    }    int flag = 1;    setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&flag,sizeof(flag));    struct sockaddr_in server;    server.sin_family = AF_INET;    server.sin_port= htons(_port);    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip);    if(bind(sock,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server))<0)    {        perror("bind");        exit(2);    }    if(listen(sock,10)<0)    {        perror("listen");        exit(3);    }    return sock;}int main(int argc,const char* argv[]){    if(argc!=3)    {        Usage(argv[0]);        return 1;    }    int listen_sock = Startup(argv[1],atoi(argv[2]));    int epollfd = epoll_create(256);    if(epollfd<0)    {        perror("epoll_create");        close(listen_sock);        return 2;    }    struct epoll_event ev;    ev.events= EPOLLIN;    ev.data.ptr = alloc_fd_buf(listen_sock);    if(epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev)!=0)    {        perror("epoll_ctl");        close(epollfd);        close(listen_sock);        return 3;    }    while(1)    {        int num = 0;        int timeout=-1;        struct epoll_event evs[64];        switch(num=epoll_wait(epollfd,evs,64,timeout))        {            case 0:                printf("timeout...\n");                break;            case -1:                perror("epoll_wait");                break;            default:                Default(epollfd,listen_sock,num,ev,evs);                break;        }    }    close(epollfd);    return 0;}

//client端：#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>static void usage(const char* proc){    printf("Usage:%s[server_ip][server_port]\n",proc);}int main(int argc,char *argv[]){    if(argc != 3)    {        usage(argv[0]);        return 1;    }    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    if(sock<0)    {        perror("socket");        return 2;    }    struct sockaddr_in peer;    peer.sin_family = AF_INET;    peer.sin_port = htons(atoi(argv[2]));    peer.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);    int ret = connect(sock,(struct sockaddr*)&peer,sizeof(peer));    if(ret<0)    {        perror("connect");        printf("%s\n",strerror(ret));        return 3;    }    char buf[1024];    while(1)    {        printf("please enter: ");        fflush(stdout);        ssize_t s=read(0,&buf,sizeof(buf));        if(s<0)        {            perror("read");            return 4;        }        buf[s-1]=0;        write(sock,&buf,strlen(buf));        printf("server echo: %s\n",buf);            }    close(sock);    return 0;}

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