Linux—I/O多路转接之epoll

一。什么是epoll

       按照man⼿册的说法：是为处理⼤批量句柄⽽作了改进的poll。当然，这不是2.6内核才有的，它是在2.5.44内核中被引进的(epoll(4) is a new API introduced in Linux kernel

2.5.44)，它⼏乎具备了之前所说的⼀切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知⽅法。

在了解epoll之前，我们要了解两个函数：

 select 和 poll 函数的功能：

• select一次可以监测 FD_SETSIZE数量大小的描述符，FD_SETSIZE 通常是一个在 libc 编译时指定的小数字。
• poll一次可以监测的描述符数量并没有限制，但撇开其它因素，我们每次都不得不检查就绪通知，线性扫描所有通过描述符，这样时间复杂度为 O(n)而且很慢。

epoll 没有这些固定限制，也不执行任何线性扫描。因此它可以更高效地执行和处理大量事件。

二。epoll的函数及其功能：

1. int epoll_create(int size);
创建⼀个epoll的句柄。⾃从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的。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。
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结构体如下

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 */  };

 

<span style="font-family:Microsoft YaHei;">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 */};</span>

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(LevelTriggered)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);
等待在epoll监控的事件中已经发生的事件。参数events是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发⽣的事件赋值到events数组中（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）。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）。如果函数调⽤成功，返回对应I/O上已准备好的⽂件描述符数⽬，如返回0表⽰已超时。

epoll的工作方式：

LT：水平触发，效率会低于ET触发，尤其在大并发，大流量的情况下。但是LT对代码编写要求比较低，不容易出现问题。LT模式服务编写上的表现是：只要有数据没有被获取，内核就不断通知你，因此不用担心事件丢失的情况。
ET：边缘触发，效率非常高，在并发，大流量的情况下，会比LT少很多epoll的系统调用，因此效率高。但是对编程要求高，需要细致的处理每个请求，否则容易发生丢失事件的情况。
下面举一个列子来说明LT和ET的区别（都是非阻塞模式，阻塞就不说了，效率太低）：
采用LT模式下， 如果accept调用有返回就可以马上建立当前这个连接了，再epoll_wait等待下次通知，和select一样。
但是对于ET而言，如果accpet调用有返回，除了建立当前这个连接外，不能马上就epoll_wait还需要继续循环。

三。基于epoll的网络服务器实例代码：

#include<stdio.h>#include<sys/socket.h>#include<sys/types.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<fcntl.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/epoll.h>#include<string.h>#define EPOLL_REVS_SIZE 64static void usage(const char *proc){printf("Usage: %s [local_ip] [local_port]\n",proc);}//typedef struct ep_buff{   //ET模式下需要的缓冲区  //                 //一个文件描述符对应一个缓冲区//int fd;//char buff[1024];//}ep_buff_t,*ep_buff_p;////void* alloc_ep_buff(int fd)//{//ep_buff_p n = (ep_buff_p)malloc(sizeof(ep_buff_t));//if(!n){//perror("malloc");//exit(6);//}////n->fd = fd;//return n;//}//int set_fd_nonblaock() //ET模式下的函数   非阻塞//{////}//int myread()//{//while(1){}//}////int mywrite()//{//while(1){//}//}////int myaccept(int epfd,int listen_sock)//获得一个新连接，就传进去//{////}int startup(const char *ip,int port){int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock < 0){perror("socket");exit(2);}int opt = 1;setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));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");exit(3);}if(listen(sock,10) < 0){perror("listen");exit(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){perror("epoll_create");return 5;}struct epoll_event ev;//创建需要监听的事件ev.events = EPOLLIN ;//| EPOLLET; //ET模式ev.data.fd = listen_sock;//ev.data.ptr = alloc_ep_buff(listen_sock);epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev);//把listen_sock加入到epfd中int nums = -1;struct epoll_event revs[EPOLL_REVS_SIZE];//用来接收底层的事件数组int timeout = -1;while(1){switch((nums = epoll_wait(epfd,revs,\    EPOLL_REVS_SIZE,timeout))){case 0://代表超时perror("timeout...\n");break;case -1://代表函数出错perror("epoll_wait");break;default://此时至少有一个已经就绪{int i = 0;       for(;i < nums;i++){//int sock =((ep_buff_p)(revs[i].data.ptr))->fd;                 int sock = revs[i].data.fd;if(sock == listen_sock && \     (revs[i].events & EPOLLIN)){       //listen_sock ready!!!struct sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client); ///////创建新连接int new_sock = accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&len);if(new_sock < 0){                     perror("accept");continue;}printf("get client: [%s:%d]\n",\inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));          ev.data.fd = new_sock; //关注new_sockev.events = EPOLLIN;  //此事件可以读      //ev.data.ptr = alloc_ep_buff(new_sock);//将new_sock加入到epfd中监听ev,也就是读事件epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev);}else if(sock != listen_sock){           //如果不是listen_sock      if(revs[i].events & EPOLLIN){         //正常的fd 读事件就绪char buf[10240];   ssize_t s = read(sock, buf,sizeof(buf)-1);

//bug 如果一次不能读完的话，下次的数据会直接覆盖if(s > 0){                      printf("client: %s\n",buf);                        ev.events = EPOLLOUT;             //ptr一直没有变，可以不用改      //((ep_buff_p)(ev.data.ptr))->fd = sock;       ev.data.fd = sock;                           epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sock,&ev);}else if(s <= 0){     printf("client quit!!!!\n");     epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sock,NULL);     close(sock);     //free(revs[i].data.ptr);//ET}else{     perror("read");     epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sock,NULL);    close(sock);    //free(revs[i].data.ptr);//ET}}else if(revs[i].events & EPOLLOUT){//写事件就绪const char *msg = "HTTP/1.0 OK 200\r\n\r\n<html><h1>hello epoll!</h1></html>";write(sock,msg,strlen(msg));//bug!!! epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,sock,NULL);close(sock);//free(revs[i].data.ptr);//ET}else{}}}}    

break;

}}return 0;}

优缺点：http://blog.csdn.net/a1414345/article/details/73385556