epoll原理与应用详解
来源：互联网 发布：微信js接口安全域名 编辑：程序博客网 时间：2024/05/22 04:45
epoll简介
epoll 是Linux内核中的一种可扩展IO事件处理机制，最早在 Linux 2.5.44内核中引入，可被用于代替POSIX select 和 poll 系统调用，并且在具有大量应用程序请求时能够获得较好的性能（ 此时被监视的文件描述符数目非常大，与旧的 select 和 poll 系统调用完成操作所需 O(n) 不同， epoll能在O(1)时间内完成操作，所以性能相当高），epoll 与 FreeBSD的kqueue类似，都向用户空间提供了自己的文件描述符来进行操作。
int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核需要监听的数目一共有多大。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。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，第一个参数是 epoll_create() 的返回值，第二个参数表示动作，使用如下三个宏来表示：
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。
当对方关闭连接(FIN), EPOLLERR，都可以认为是一种EPOLLIN事件，在read的时候分别有0，-1两个返回值。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
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。
我们目前的网络模型大都是epoll的，因为epoll模型会比select模型性能高很多， 尤其在大连接数的情况下，作为后台开发人员需要理解其中的原因。
select/epoll的特点：select的特点：select 选择句柄的时候，是遍历所有句柄，也就是说句柄有事件响应时，select需要遍历所有句柄才能获取到哪些句柄有事件通知，因此效率是非常低。但是如果连接很少的情况下， select和epoll的LT触发模式相比， 性能上差别不大。
这里要多说一句，select支持的句柄数是有限制的， 同时只支持1024个，这个是句柄集合限制的，如果超过这个限制，很可能导致溢出，而且非常不容易发现问题， TAF就出现过这个问题， 调试了n天，才发现：）当然可以通过修改linux的socket内核调整这个参数。
epoll的特点：epoll对于句柄事件的选择不是遍历的，是事件响应的，就是句柄上事件来就马上选择出来，不需要遍历整个句柄链表，因此效率非常高，内核将句柄用红黑树保存的。
对于epoll而言还有ET和LT的区别，LT表示水平触发，ET表示边缘触发，两者在性能以及代码实现上差别也是非常大的。
EPOLL事件有两种模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET)：
LT(level triggered，水平触发模式)是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 non-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你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。
ET(edge-triggered，边缘触发模式)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，等到下次有新的数据进来的时候才会再次出发就绪事件。
epoll 例子
我们将实现一个简单的TCP 服务器，该迷你服务器将会在标准输出上打印处客户端发送的数据，首先我们创建并绑定一个 TCP 套接字：
static intcreate_and_bind (char *port){ struct addrinfo hints; struct addrinfo *result, *rp; int s, sfd; memset (&hints, 0, sizeof (struct addrinfo)); hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* Return IPv4 and IPv6 choices */ hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; /* We want a TCP socket */ hints.ai_flags = AI_PASSIVE; /* All interfaces */ s = getaddrinfo (NULL, port, &hints, &result); if (s != 0) { fprintf (stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror (s)); return -1; } for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next) { sfd = socket (rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol); if (sfd == -1) continue; s = bind (sfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen); if (s == 0) { /* We managed to bind successfully! */ break; } close (sfd); } if (rp == NULL) { fprintf (stderr, "Could not bind\n"); return -1; } freeaddrinfo (result); return sfd;}create_and_bind() 包含了如何创建 IPv4 和 IPv6 套接字的代码块，它接受一字符串作为端口参数，并在 result 中返回一个 addrinfo 结构，struct addrinfo{ int ai_flags; int ai_family; int ai_socktype; int ai_protocol; size_t ai_addrlen; struct sockaddr *ai_addr; char *ai_canonname; struct addrinfo *ai_next;};如果函数成功则返回套接字，如果失败，则返回 -1，
下面，我们将一个套接字设置为非阻塞形式，函数如下：
static intmake_socket_non_blocking (int sfd){ int flags, s; flags = fcntl (sfd, F_GETFL, 0); if (flags == -1) { perror ("fcntl"); return -1; } flags |= O_NONBLOCK; s = fcntl (sfd, F_SETFL, flags); if (s == -1) { perror ("fcntl"); return -1; } return 0;}接下来，便是主函数代码，主要用于事件循环：#define MAXEVENTS 64intmain (int argc, char *argv[]){ int sfd, s; int efd; struct epoll_event event; struct epoll_event *events; if (argc != 2) { fprintf (stderr, "Usage: %s [port]\n", argv[0]); exit (EXIT_FAILURE); } sfd = create_and_bind (argv[1]); if (sfd == -1) abort (); s = make_socket_non_blocking (sfd); if (s == -1) abort (); s = listen (sfd, SOMAXCONN); if (s == -1) { perror ("listen"); abort (); } efd = epoll_create1 (0); if (efd == -1) { perror ("epoll_create"); abort (); } event.data.fd = sfd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } /* Buffer where events are returned */ events = calloc (MAXEVENTS, sizeof event); /* The event loop */ while (1) { int n, i; n = epoll_wait (efd, events, MAXEVENTS, -1); for (i = 0; i < n; i++) { if ((events[i].events & EPOLLERR) || (events[i].events & EPOLLHUP) || (!(events[i].events & EPOLLIN))) { /* An error has occured on this fd, or the socket is not ready for reading (why were we notified then?) */ fprintf (stderr, "epoll error\n"); close (events[i].data.fd); continue; } else if (sfd == events[i].data.fd) { /* We have a notification on the listening socket, which means one or more incoming connections. */ while (1) { struct sockaddr in_addr; socklen_t in_len; int infd; char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV]; in_len = sizeof in_addr; infd = accept (sfd, &in_addr, &in_len); if (infd == -1) { if ((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK)) { /* We have processed all incoming connections. */ break; } else { perror ("accept"); break; } } s = getnameinfo (&in_addr, in_len, hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV); if (s == 0) { printf("Accepted connection on descriptor %d " "(host=%s, port=%s)\n", infd, hbuf, sbuf); } /* Make the incoming socket non-blocking and add it to the list of fds to monitor. */ s = make_socket_non_blocking (infd); if (s == -1) abort (); event.data.fd = infd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, infd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } } continue; } else { /* We have data on the fd waiting to be read. Read and display it. We must read whatever data is available completely, as we are running in edge-triggered mode and won't get a notification again for the same data. */ int done = 0; while (1) { ssize_t count; char buf[512]; count = read (events[i].data.fd, buf, sizeof buf); if (count == -1) { /* If errno == EAGAIN, that means we have read all data. So go back to the main loop. */ if (errno != EAGAIN) { perror ("read"); done = 1; } break; } else if (count == 0) { /* End of file. The remote has closed the connection. */ done = 1; break; } /* Write the buffer to standard output */ s = write (1, buf, count); if (s == -1) { perror ("write"); abort (); } } if (done) { printf ("Closed connection on descriptor %d\n", events[i].data.fd); /* Closing the descriptor will make epoll remove it from the set of descriptors which are monitored. */ close (events[i].data.fd); } } } } free (events); close (sfd); return EXIT_SUCCESS;}main() 首先调用 create_and_bind() 建立套接字，然后将其设置为非阻塞的，再调用 listen(2)。之后创建一个epoll 实例 efd（文件描述符），并将其加入到sfd的监听套接字中以边沿触发方式等待事件输入。
外层的 while 循环是主事件循环，它调用了 epoll_wait(2)，此时线程仍然被阻塞等待事件，当事件可用时，epoll_wait(2) 将会在events参数中返回可用事件。
epoll 实例 efd 在每次事件到来并需要添加新的监听时就会得到更新，并删除死亡的链接。
当事件可用时，可能有一下三种类型：
- Errors: 当错误情况出现时，或者不是与读取数据相关的事件通告，我们只是关闭相关的描述符，关闭该描述符会自动的将其从被epoll 实例 efd 监听的的集合中删除。
- New connections: 当监听的文件描述符 sfd 可读时，此时会有一个或多个新的连接到来，当新连接到来时，accept(2) 该连接，并打印一条信息，将其设置为非阻塞的并把它加入到被 epoll 实例监听的集合中。
- Client data: 当数据在客户端描述符可用时，我们使用 read(2) 在一个内部循环中每次读取512 字节数据。由于我们必须读取所有的可用数据，此时我们并不能获取更多的事件，因为描述符是以边沿触发监听的，读取的数据被写到 stdout (fd=1) (write(2))。如果 read(2) 返回 0，意味着到了文件末尾EOF，我们可以关闭客户端连接，如果返回 -1，
errno会被设置成EAGAIN, 这意味着所有的数据已经被读取，可以返回主循环了。
#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; } //声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件 struct epoll_event ev,events[20]; //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符 epfd=epoll_create(256); struct sockaddr_in clientaddr; struct sockaddr_in serveraddr; listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //把socket设置为非阻塞方式 //setnonblocking(listenfd); //设置与要处理的事件相关的文件描述符 ev.data.fd=listenfd; //设置要处理的事件类型 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; //ev.events=EPOLLIN; //注册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事件的发生 nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500); //处理所发生的所有事件 for(i=0;i<nfds;++i) { if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口，建立新的连接。 { 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; //设置用于读操作的文件描述符 ev.data.fd=connfd; //设置用于注测的读操作事件 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; //ev.events=EPOLLIN; //注册ev epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); } else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户，并且收到数据，那么进行读入。 { 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; } else std::cout<<"readline error"<<std::endl; } else if (n == 0) { close(sockfd); events[i].data.fd = -1; } line[n] = '/0'; cout << "read " << line << endl; //设置用于写操作的文件描述符 ev.data.fd=sockfd; //设置用于注测的写操作事件 ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET; //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); } else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送 { sockfd = events[i].data.fd; write(sockfd, line, n); //设置用于读操作的文件描述符 ev.data.fd=sockfd; //设置用于注测的读操作事件 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); } } } return 0;}函数声明：int epoll_create(int size)
该 函数生成一个epoll专用的文件描述符。它其实是在内核申请一空间，用来存放你想关注的socket fd上是否发生以及发生了什么事件。size就是你在这个epoll fd上能关注的最大socket fd数。随你定好了。只要你有空间。可参见上面与select之不同2.
22、epoll_ctl函数
函数声明：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
该函数用于控制某个epoll文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。
参数：
epfd：由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
op：要进行的操作例如注册事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 注册、EPOLL_CTL_MOD 修 改、EPOLL_CTL_DEL 删除
fd：关联的文件描述符；
event：指向epoll_event的指针；
如果调用成功返回0,不成功返回-1
用到的数据结构
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 */
};
如：
struct epoll_event ev;
//设置与要处理的事件相关的文件描述符
ev.data.fd=listenfd;
//设置要处理的事件类型
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
//注册epoll事件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
常用的事件类型:
EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读；
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
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：表示对应的文件描述符有事件发生；
3、epoll_wait函数
函数声明:int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout)
该函数用于轮询I/O事件的发生；
参数：
epfd:由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
epoll_event:用于回传代处理事件的数组；
maxevents:每次能处理的事件数；
timeout:等待I/O事件发生的超时值(单位我也不太清楚)；-1相当于阻塞，0相当于非阻塞。一般用-1即可
返回发生事件数。
参考资料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Epoll
https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/
http://blog.csdn.net/ljx0305/article/details/4065058
http://kovyrin.net/2006/04/13/epoll-asynchronous-network-programming/
http://www.cnblogs.com/haippy/archive/2012/01/09/2317269.html
补充知识：
在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文件有这样的声明：
#define__FD_SETSIZE 1024
表示select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。
epoll的接口非常简单，一共就三个函数：
1. intepoll_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. intepoll_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，structepoll_event结构如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epollevents */
epoll_data_t data; /* User datavariable */
};
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(EdgeTriggered)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. intepoll_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。
从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下
EPOLL事件有两种模型：
Edge Triggered (ET) 边缘触发只有数据到来，才触发，不管缓存区中是否还有数据。
Level Triggered (LT) 水平触发只要有数据都会触发。
假如有这样一个例子：
1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符
2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
3. 调用epoll_wait(2)，并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4. 然后我们读取了1KB的数据
5. 调用epoll_wait(2)......
Edge Triggered 工作模式：
如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄上，因为在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后，是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免可能的缺陷。
i 基于非阻塞文件句柄
ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起，等待。但这并不是说每次read()时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read()返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。
Level Triggered 工作模式
相反的，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll(2)，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。因为即使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。
然后详细解释ET, LT:
LT(leveltriggered)是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-blocksocket.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你的，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(edge-triggered)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。
在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接)，就会发现epoll的效率大大高于select/poll。（未测试）
另外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后，
读数据的时候需要考虑的是当recv()返回的大小如果等于请求的大小，那么很有可能是缓冲区还有数据未读完，也意味着该次事件还没有处理完，所以还需要再次读取：
while(rs){ buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0); if(buflen < 0) { // 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读 // 在这里就当作是该次事件已处理处. if(errno == EAGAIN) break; else return; } else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0;}还有，假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send()函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send()的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回，返回-1表示出错。在socket_send()内部,当写缓冲已满(send()返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send()内部,但暂没有更好的办法.
ssize_t socket_send(int sockfd, const char*buffer, size_t buflen){ ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p+= tmp; } return tmp;}实例代码：
#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 <pthread.h>#include <errno.h> #define MAXLINE 10 #define OPEN_MAX 100 #define LISTENQ 20 #define SERV_PORT 5555 #define INFTIM 1000 //线程池任务队列结构体 struct task{ int fd; //需要读写的文件描述符 struct task *next; //下一个任务}; //用于读写两个的两个方面传递参数struct user_data{ int fd; unsigned int n_size; char line[MAXLINE];}; //线程的任务函数void * readtask(void *args);void * writetask(void *args);//声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件struct epoll_event ev, events[20];int epfd;pthread_mutex_t mutex;pthread_cond_t cond1;struct task *readhead = NULL, *readtail =NULL, *writehead = NULL;void 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 i, maxi, listenfd, connfd, sockfd, nfds; pthread_t tid1, tid2; struct task *new_task = NULL; struct user_data *rdata = NULL; socklen_t clilen; pthread_mutex_init(&mutex,NULL); pthread_cond_init(&cond1,NULL); //初始化用于读线程池的线程 pthread_create(&tid1,NULL, readtask, NULL); pthread_create(&tid2,NULL, readtask, NULL); //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符 epfd= epoll_create(256); structsockaddr_in clientaddr; structsockaddr_in serveraddr; listenfd= socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //把socket设置为非阻塞方式 setnonblocking(listenfd); //设置与要处理的事件相关的文件描述符 ev.data.fd= listenfd; //设置要处理的事件类型 ev.events= EPOLLIN | EPOLLET; //注册epoll事件 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev); bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family= AF_INET; char*local_addr = "200.200.200.222"; inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(SERV_PORT); serveraddr.sin_port= htons(SERV_PORT); bind(listenfd,(sockaddr *) &serveraddr, sizeof(serveraddr)); listen(listenfd,LISTENQ); maxi= 0; for(;;) { //等待epoll事件的发生 nfds= epoll_wait(epfd, events, 20, 500); //处理所发生的所有事件 for(i = 0; i < nfds; ++i) { if(events[i].data.fd == listenfd) { connfd= accept(listenfd, (sockaddr *) &clientaddr, &clilen); if(connfd < 0) { perror("connfd<0"); exit(1); } setnonblocking(connfd); char*str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr); std::cout<< "connec_ from >>" << str << std::endl; //设置用于读操作的文件描述符 ev.data.fd= connfd; //设置用于注测的读操作事件 ev.events= EPOLLIN | EPOLLET; //注册ev epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev); } else if(events[i].events & EPOLLIN) { printf("reading!\n"); if((sockfd = events[i].data.fd) < 0) continue; new_task= new task(); new_task->fd= sockfd; new_task->next= NULL; //添加新的读任务 pthread_mutex_lock(&mutex); if(readhead == NULL) { readhead= new_task; readtail= new_task; }else { readtail->next= new_task; readtail= new_task; } //唤醒所有等待cond1条件的线程 pthread_cond_broadcast(&cond1); pthread_mutex_unlock(&mutex); } else if(events[i].events & EPOLLOUT) { rdata= (struct user_data *) events[i].data.ptr; sockfd= rdata->fd; write(sockfd,rdata->line, rdata->n_size); deleterdata; //设置用于读操作的文件描述符 ev.data.fd= sockfd; //设置用于注测的读操作事件 ev.events= EPOLLIN | EPOLLET; //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD, sockfd, &ev); } } }}void * readtask(void *args){ int fd = -1; unsigned int n; //用于把读出来的数据传递出去 struct user_data *data = NULL; while(1) { pthread_mutex_lock(&mutex); //等待到任务队列不为空 while(readhead == NULL) pthread_cond_wait(&cond1,&mutex); fd= readhead->fd; //从任务队列取出一个读任务 struct task *tmp = readhead; readhead= readhead->next; delete tmp; pthread_mutex_unlock(&mutex); data = new user_data(); data->fd= fd; if((n = read(fd, data->line, MAXLINE)) < 0) { if(errno == ECONNRESET) { close(fd); }else std::cout<< "readline error" << std::endl; if(data != NULL) delete data; }else if(n == 0) { close(fd); printf("Clientclose connect!\n"); if(data != NULL) delete data; }else { data->n_size= n; //设置需要传递出去的数据 ev.data.ptr= data; //设置用于注测的写操作事件 ev.events= EPOLLOUT | EPOLLET; //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev); } }}补充的细节知识
本文基于2.6.39内核
第一部分已经大致的介绍了linux在实现EPOLL模型所用到的主要数据结构，接下来这篇就是主要分析怎样通过这些数据结构来实现EPOLL的功能。
一。模块的加载
linux把EPOLL当做一个模块，模块入口函数的代码如下：
- /************epoll模块入口函数***********/
- static int __init eventpoll_init(void)
- {
- struct sysinfo si;
- si_meminfo(&si);
- /*
- * Allows top 4% of lomem to be allocated for epoll watches (per user).
- */
- max_user_watches = (((si.totalram - si.totalhigh) / 25) << PAGE_SHIFT) /
- EP_ITEM_COST;
- BUG_ON(max_user_watches < 0);
- /*
- * Initialize the structure used to perform epoll file descriptor
- * inclusion loops checks.
- */
- ep_nested_calls_init(&poll_loop_ncalls);
- /* Initialize the structure used to perform safe poll wait head wake ups */
- ep_nested_calls_init(&poll_safewake_ncalls);
- /* Initialize the structure used to perform file's f_op->poll() calls */
- ep_nested_calls_init(&poll_readywalk_ncalls);
- /* Allocates slab cache used to allocate "struct epitem" items */
- epi_cache = kmem_cache_create("eventpoll_epi", sizeof(struct epitem),
- 0, SLAB_HWCACHE_ALIGN | SLAB_PANIC, NULL);
- /* Allocates slab cache used to allocate "struct eppoll_entry" */
- pwq_cache = kmem_cache_create("eventpoll_pwq",
- sizeof(struct eppoll_entry), 0, SLAB_PANIC, NULL);
- return 0;
- }
- fs_initcall(eventpoll_init);
- /*fs_initcall 函数即是module_init函数*/
这个函数主要是进行一些初始化配置，同时创建了2个内核cache用于存放epitem和epoll_entry。
二 epoll_create函数的实现
epoll_create 创建一个epoll实例，即一个epoll的文件（epfd），同时创建并初始化一个struct eventpoll，其中efpd所对应的file的private_data指针即指向了eventpoll变量，因此，知道epfd就可以拿到file，即拿到了eventpoll变量。
下面我们来看具体实现：
- SYSCALL_DEFINE1(epoll_create, int, size) //epoll_create函数带一个整型参数
- {
- if (size <= 0)
- return -EINVAL;
- return sys_epoll_create1(0); //实际上是调用epoll_create1
- }
- /*
- * Open an eventpoll file descriptor.
- */
- SYSCALL_DEFINE1(epoll_create1, int, flags)
- {
- int error;
- struct eventpoll *ep = NULL;
- /* Check the EPOLL_* constant for consistency. */
- BUILD_BUG_ON(EPOLL_CLOEXEC != O_CLOEXEC);
- if (flags & ~EPOLL_CLOEXEC)
- return -EINVAL;
- /*
- * Create the internal data structure ("struct eventpoll").
- */
- error = ep_alloc(&ep);//分配eventpoll结构体
- if (error < 0)
- return error;
- /*
- * Creates all the items needed to setup an eventpoll file. That is,
- * a file structure and a free file descriptor.
- */
- error = anon_inode_getfd("[eventpoll]", &eventpoll_fops, ep,
- O_RDWR | (flags & O_CLOEXEC)); //创建与eventpoll结构体相对应的file结构，ep保存在file->private_data结构中
- //eventpoll_fops 为该文件所对应的操作函数
- if (error < 0)
- ep_free(ep); //如果出错则释放该eventpoll结构体
- return error;
- }
epoll_create可能调用一组关联函数ep_alloc和ep_free函数分别负责eventpoll结构体的内存分配和释放
函数anon_inode_getfd创建与eventpoll结构体相对应的file结构，ep保存在file->private_data结构中，同时为该新文件定义操作函数从这几行代码可以看出，epoll_create主要做了两件事：
* 创建并初始化一个eventpoll结构体变量
* 创建epoll的file结构，并指定file的private_data指针指向刚创建的eventpoll变量，这样，只要根据epoll文件描述符epfd就可以拿到file进而就拿到了eventpoll变量了，该eventpoll就是epoll_ctl和epoll_wait工作的场所
对外看来，epoll_create就做了一件事，那就是创建一个epoll文件，事实上，更关键的是，它创建了一个eventpoll结构体变量，该变量为epoll_ctl和epoll_wait的工作打下了基础。ep_alloc,ep_free以及anon_inode_getfd的具体实现可以查看源代码。
三 epoll_ctl的实现
epoll_ctl系统调用主要是针对epfd所对应的epoll实例进行增、删、改fd的操作，一个新创建的epoll文件带有一个struct eventpoll结构,同时struct eventpoll这个结构上再挂一个红黑树,红黑树上的每个节点挂的都是struct epitem,这个红黑树就是每次epoll_ctl时fd存放的地方!对应该红黑树上节点的操作，有ep_find，ep_insert,ep_remove,ep_modify四个函数，它们都将epoll文件实例的eventpoll结构作为参数传递。
下面来看看该函数的具体实现：
- /*
- * The following function implements the controller interface for
- * the eventpoll file that enables the insertion/removal/change of
- * file descriptors inside the interest set.
- * epfd为该epoll套接字实例,op表示对应的操作，fd表示新加入的套接字，
- * 结构体epoll_event 用于注册fd所感兴趣的事件和回传在fd上所发生待处理的事件
- */
- SYSCALL_DEFINE4(epoll_ctl, int, epfd, int, op, int, fd,
- struct epoll_event __user *, event)
- {
- int error;
- int did_lock_epmutex = 0;
- struct file *file, *tfile;
- struct eventpoll *ep;
- struct epitem *epi;
- struct epoll_event epds;
- error = -EFAULT;
- if (ep_op_has_event(op) &&
- copy_from_user(&epds, event, sizeof(struct epoll_event))) //copy_from_user将用户传入的event_poll拷贝到epds中，以供自己使用
- goto error_return;
- /* Get the "struct file *" for the eventpoll file */
- error = -EBADF;
- file = fget(epfd); //获取该epoll套接字实例所对应的文件
- if (!file)
- goto error_return;
- /* Get the "struct file *" for the target file */
- tfile = fget(fd);
- if (!tfile)
- goto error_fput;
- /* The target file descriptor must support poll */
- error = -EPERM;
- if (!tfile->f_op || !tfile->f_op->poll)
- goto error_tgt_fput;
- /*
- * We have to check that the file structure underneath the file descriptor
- * the user passed to us _is_ an eventpoll file. And also we do not permit
- * adding an epoll file descriptor inside itself.
- */
- error = -EINVAL;
- if (file == tfile || !is_file_epoll(file))
- goto error_tgt_fput;
- /*
- * At this point it is safe to assume that the "private_data" contains
- * our own data structure.
- */
- ep = file->private_data;//获取epoll实例所对应的eventpoll结构体
- /*
- * When we insert an epoll file descriptor, inside another epoll file
- * descriptor, there is the change of creating closed loops, which are
- * better be handled here, than in more critical paths.
- *
- * We hold epmutex across the loop check and the insert in this case, in
- * order to prevent two separate inserts from racing and each doing the
- * insert "at the same time" such that ep_loop_check passes on both
- * before either one does the insert, thereby creating a cycle.
- */
- if (unlikely(is_file_epoll(tfile) && op == EPOLL_CTL_ADD)) {
- mutex_lock(&epmutex);
- did_lock_epmutex = 1;
- error = -ELOOP;
- if (ep_loop_check(ep, tfile) != 0)
- goto error_tgt_fput;
- }
- mutex_lock(&ep->mtx);
- /*
- * Try to lookup the file inside our RB tree, Since we grabbed "mtx"
- * above, we can be sure to be able to use the item looked up by
- * ep_find() till we release the mutex.
- * ep_find即从ep中的红黑树中根据tfile和fd来查找epitem
- */
- epi = ep_find(ep, tfile, fd);
- error = -EINVAL;
- switch (op) {
- case EPOLL_CTL_ADD: //对应于socket上事件注册
- if (!epi) { //红黑树中不存在这个节点
- epds.events |= POLLERR | POLLHUP; //或操作，确保“出错、连接挂起”被当做感兴趣事件，因为底层有义务将出错信息返回给应用
- error = ep_insert(ep, &epds, tfile, fd);
- } else
- error = -EEXIST;
- break;
- case EPOLL_CTL_DEL: //删除
- if (epi) //存在则删除这个节点，不存在则报错
- error = ep_remove(ep, epi);
- else
- error = -ENOENT;
- break;
- case EPOLL_CTL_MOD: //修改
- if (epi) { //存在则修改该fd所对应的事件，不存在则报错
- epds.events |= POLLERR | POLLHUP;
- error = ep_modify(ep, epi, &epds);
- } else
- error = -ENOENT;
- break;
- }
- mutex_unlock(&ep->mtx);
- error_tgt_fput:
- if (unlikely(did_lock_epmutex))
- mutex_unlock(&epmutex);
- fput(tfile);
- error_fput:
- fput(file);
- error_return:
- return error;
- }
结合上一篇博文的内容，对于往epoll实例中添加新的套接字，其实现主要通过函数ep_insert来完成，本文先分析epoll_wait再回过头来分析ep_insert
四 epoll_wait的实现
epoll_wait等待epoll文件上的I/O事件发生，其代码如下：
可以看出该函数主要时通过epfd获取对应的struct eventpoll结构，然后调用ep_poll函数，下面来看ep_poll函数的实现：
- /*
- * Implement the event wait interface for the eventpoll file. It is the kernel
- * part of the user space epoll_wait(2).
- */
- SYSCALL_DEFINE4(epoll_wait, int, epfd, struct epoll_event __user *, events,
- int, maxevents, int, timeout)
- {
- int error;
- struct file *file;
- struct eventpoll *ep;
- /* The maximum number of event must be greater than zero */
- if (maxevents <= 0 || maxevents > EP_MAX_EVENTS)
- return -EINVAL;
- /* Verify that the area passed by the user is writeable */
- if (!access_ok(VERIFY_WRITE, events, maxevents * sizeof(struct epoll_event))) {
- error = -EFAULT;
- goto error_return;
- }
- /* Get the "struct file *" for the eventpoll file */
- error = -EBADF;
- file = fget(epfd);
- if (!file)
- goto error_return;
- /*
- * We have to check that the file structure underneath the fd
- * the user passed to us _is_ an eventpoll file.
- */
- error = -EINVAL;
- if (!is_file_epoll(file))
- goto error_fput;
- /*
- * At this point it is safe to assume that the "private_data" contains
- * our own data structure.
- */
- ep = file->private_data;//获取struct eventpoll结构
- /* Time to fish for events ... */
- error = ep_poll(ep, events, maxevents, timeout);//核心代码
- error_fput:
- fput(file);
- error_return:
- return error;
- }
- /**
- * ep_poll - Retrieves ready events, and delivers them to the caller supplied
- * event buffer.
- *
- * @ep: Pointer to the eventpoll context.
- * @events: Pointer to the userspace buffer where the ready events should be
- * stored.
- * @maxevents: Size (in terms of number of events) of the caller event buffer.
- * @timeout: Maximum timeout for the ready events fetch operation, in
- * milliseconds. If the @timeout is zero, the function will not block,
- * while if the @timeout is less than zero, the function will block
- * until at least one event has been retrieved (or an error
- * occurred).
- *
- * Returns: Returns the number of ready events which have been fetched, or an
- * error code, in case of error.
- */
- static int ep_poll(struct eventpoll *ep, struct epoll_event __user *events,
- int maxevents, long timeout)
- {
- int res = 0, eavail, timed_out = 0;
- unsigned long flags;
- long slack = 0;
- wait_queue_t wait;
- ktime_t expires, *to = NULL;
- /* The call waits for a maximum time of timeout milliseconds. Specifying a timeout of -1 makes epoll_wait()
- wait indefinitely,while specifying a timeout equal to zero makes epoll_wait() to return immediately even if no events
- are available (return code equal to zero).*/
- if (timeout > 0) {
- struct timespec end_time = ep_set_mstimeout(timeout);
- slack = select_estimate_accuracy(&end_time);
- to = &expires;
- *to = timespec_to_ktime(end_time);
- } else if (timeout == 0) {
- /*
- * Avoid the unnecessary trip to the wait queue loop, if the
- * caller specified a non blocking operation.
- */
- timed_out = 1;
- spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
- goto check_events;
- }
- fetch_events:
- spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
- // 如果rdllist中还没有epitem时，就开始等待了
- if (!ep_events_available(ep)) {
- /*
- * We don't have any available event to return to the caller.
- * We need to sleep here, and we will be wake up by
- * ep_poll_callback() when events will become available.
- */
- // 初始化等待队列，等待队列项对应的线程即为当前线程
- init_waitqueue_entry(&wait, current);
- // 不用多说，先将当前线程挂到等待队列上，之后在调用schedule_timeout
- // 时，就开始了超时等待了
- __add_wait_queue_exclusive(&ep->wq, &wait);
- for (;;) {
- /*
- * We don't want to sleep if the ep_poll_callback() sends us
- * a wakeup in between. That's why we set the task state
- * to TASK_INTERRUPTIBLE before doing the checks.
- */
- // 因为会被阻塞，这里先设置线程状态为可中断
- set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
- // 整个循环的核心，其实就在看rdllist中是否有数据，或者等待超时
- // 应征了前面的说明，epoll_wait只需要等着收集数据即可
- if (ep_events_available(ep) || timed_out)
- break;
- if (signal_pending(current)) {
- res = -EINTR;
- break;
- }
- spin_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);
- if (!schedule_hrtimeout_range(to, slack, HRTIMER_MODE_ABS))
- timed_out = 1;
- spin_lock_irqsave(&ep->lock, flags);
- }
- __remove_wait_queue(&ep->wq, &wait);
- set_current_state(TASK_RUNNING);
- }
- check_events:
- /* Is it worth to try to dig for events ? */
- eavail = ep_events_available(ep);
- spin_unlock_irqrestore(&ep->lock, flags);
- /*
- * Try to transfer events to user space. In case we get 0 events and
- * there's still timeout left over, we go trying again in search of
- * more luck.
- */
- if (!res && eavail &&
- !(res = ep_send_events(ep, events, maxevents)) && !timed_out)
- goto fetch_events;
- return res;
- }
29-43行：主要是超时时间的处理，若超时时间为0，则直接检查有没有准备好的I/O事件，有则立即发送给用户空间去处理；若超时时间大于0，计算好精确的超时时间后，等待事件的发生，45-86行等待指定的时间直到有I/O事件出现；
54-58行：如果还没有I/O事件出现，则准备休眠。先初始化等待队列，把当前线程挂在该队列上，同时把这个队列挂在eventpoll结构的wq上，
60-82行：在指定的超时时间内循环检测有没有I/O事件发生，有事件发生、超时或者收到信号都会跳出循环。
83行：运行到此处有I/O事件发生，不用再等待，则移除该队列
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