epoll服务器

相比select、poll，epoll是I/O多路转接最高效的手段，它几乎具备了之前select、poll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。epoll实现只有epoll_create()、epoll_ctl()、epoll_wait()三个系统调用函数。

1、epoll_create()函数：

int epoll_create(int size);

• 含义：创建一个epoll句柄，占用一个fd，使用完成epoll需要关闭此fd;
• 参数：size：从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的；
• 返回值：返回一个epfd.

2.epoll_ctl()函数：

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

• 含义：事件注册函数，向epoll模型中增加、修改、删除需要监听的fd,并指定对应关心的事件；
• 参数：
• epfd:epoll_create返回值；
• op:表示动作，用三个宏来表示:(1)EPOLL_CTL_ADD:添加新的fd到epfd中；(2)EPOLL_CTL_MOD:修改以及注册fd监听事件；(3)EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;
• fd:需要监听的fd;
• event：需要监听的事件：struct epoll_event结构如下：

struct epoll_event{    _unint32_t events;//关心的事件    epoll_data_t data;};typedef union epoll_data{    void* ptr;    int fd;    _uint32_t u32;    _uint64_t u64;}epoll_data_t;

• 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.epoll_wait()函数：

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

• 含义：等待epoll模型中哪些fd的事件就绪；
• 参数：
• epfd:epoll句柄；
• events：结构体数组，输出型参数，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中；
• maxevents:告之内核这个events数组有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size值；
• timeout: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）;
• 返回值：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。

以上即为epoll最基本的操作，其中其最基本的原理为：

1. epoll_create()在底层创建一个红黑树与就绪队列，返回一个epoll模型；
2. epoll_ctl()即在红黑树插入新的结点，即关心的fd,当其事件就绪，采用回调机制激活；
3. epll_wait()只关心就绪队列中的就绪fd,直接对对应fd进行相应事件处理；
4. 当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，只需要去epoll指定的数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，其使用了内存映射（mmap）技术，彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。
5. 于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。
6. Epoll的2种工作方式-水平触发（LT）和边缘触发（ET）：LT：是epoll缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点，传统的select/poll都是这种模型的代表． ET:是高速工作方式，只支持no-block socket，它效率要比LT更高。ET与LT的区别在于，当一个新的事件到来时，ET模式下当然可以从epoll_wait调用中获取到这个事件，可是如果这次没有把这个事件对应的套接字缓冲区处理完，在这个套接字中没有新的事件再次到来时，在ET模式下是无法再次从epoll_wait调用中获取这个事件的。而LT模式正好相反，只要一个事件对应的套接字缓冲区还有数据，就总能从epoll_wait中获取这个事件。因此，LT模式下开发基于epoll的应用要简单些，不太容易出错。而在ET模式下事件发生时，如果没有彻底地将缓冲区数据处理完，则会导致缓冲区中的用户请求得不到响应。

epoll模型的优点高效性体现：

1. select维护数组，epoll维护红黑树，其增删查改效率较高；
2. select遍历数组，epoll只遍历就绪队列，时间复杂度为o(1)，并且队列只存储就绪结点；
3. epoll监视的fd数目无上限，由于其由红黑树描述的，可以一直创建；
4. 其用户与内核采用内存映射机制；
5. 就绪队列从0开始连续放置就绪的fd;
6. IO效率不随FD数目增加而线性下降;
7. 内核微调.

以下实现LT模式下的epoll服务器：

#include <stdio.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/epoll.h>#include <sys/types.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <arpa/inet.h>static void usage(const char* proc){    printf("%s [local_ip] [local_port]\n",proc);}int startup(const char* ip,int port){    int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);    if(sock < 0)    {        perror("socket");        exit(3);    }    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");        close(sock);        exit(4);    }    if(listen(sock,10)<0)    {        perror("listen");        close(sock);        exit(5);    }    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]));    //创建监听套接字     int efds=epoll_create(1024);             //创建epoll模型     struct epoll_event ev;    ev.events=EPOLLIN;    ev.data.fd=listen_sock;    epoll_ctl(efds,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev);     //将监听套接字加入epoll模型中，并关心其读事件，采用激活回调机制     struct epoll_event fds[1024];    //定义共享内存就绪队列大小     int maxnum=1024;    //定义最多可以监听多少个事件     int timeout=500;    while(1)    {        int nums=epoll_wait(efds,fds,maxnum,timeout);    //一段时间内等待一组文件描述符的事件（实际则直接遍历就绪队列）         switch(nums)        {            case -1:                perror("epoll_wait");                break;            case 0:                printf("timeout\n");                break;            default:                {                    int i=0;                    for( ;i<nums;++i)                    {                        int sock=fds[i].data.fd;                        if(sock==listen_sock && fds[i].events&EPOLLIN)   //监听套接字就绪                         {                            struct sockaddr_in client;                            socklen_t len=sizeof(client);                            int new_sock=accept(sock,(struct sockaddr*)&client,&len);  //建立连接                             if(new_sock<0)                            {                                perror("accept");                                continue;                            }                            ev.events=EPOLLIN;                            ev.data.fd=new_sock;                            epoll_ctl(efds,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev);     //将新套接字加入efds模型关心其读事件                         }                        else if(fds[i].events & EPOLLIN)   //nomal sock ready    //读事件就绪                         {                            char buf[1024];                            ssize_t s=read(sock,buf,sizeof(buf)-1);                            if(s>0)                            {                                buf[s]=0;                                printf("client# %s\n");                                ev.events=EPOLLOUT;                                ev.data.fd=sock;                                epoll_ctl(efds,EPOLL_CTL_MOD,sock,&ev);     //读成功关心其写事件                             }                            else if(s==0)                            {                                printf("client quit!!!\n");                                close(sock);                                epoll_ctl(efds,EPOLL_CTL_DEL,sock,NULL);                            }                            else                            {                                perror("read");                                continue;                            }                        }                        else if(fds[i].events & EPOLLOUT)   //写事件就绪                         {                            char* msg="I am server!!!\n";                            ssize_t s=write(sock,msg,strlen(msg));                            if(s<0)                            {                                perror("write");                                continue;                            }                            ev.events=EPOLLIN;                            ev.data.fd=sock;                            epoll_ctl(efds,EPOLL_CTL_MOD,sock,&ev);   //写成功关心其读事件                         }                    }                }                break;        }    }    close(listen_sock);    return 0;}