epoll系列系统调用

1.内核事件表
epoll是Linux特有的I/O复用函数。它在实现和使用上与select、poll有很大差异。首先，epoll使用一组函数来完成任务，而不是单个函数。其次，epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核里的一个事件表中，从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集。但epoll需要使用一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中的这个事件表。这个文件描述符使用如下epoll_create函数创建：

#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);

size参数现在并不起作用，只是给内核一个提示，告诉它事件表需要多大。该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll系统调用的第一个参数，以指定要访问的内核事件表。

下面的函数用来操作epoll的内核事件表：

#include <sys/epoll.h>int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event)

fd参数是要操作的文件描述符，op参数则指定操作类型。操作类型有如下3种：
（1）EPOLL_CTL_ADD，往事件表中注册fd上的事件。
（2）EPOLL_CTL_MOD，修改fd上的注册事件。
（3）EPOLL_CTL_DEL，删除fd上的注册事件。

2.epoll_wait函数
epoll系列系统调用的主要接口是epoll_wait函数。它在一段超时时间内等待一级文件描述符上的事件，其原型如下：

#include <sys/epoll.h>int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event* events, int maxevents, int timeout);

该函数成功时返回就绪的文件描述符的个数，失败时返回-1并设置errno。
maxevents参数指定最多监听多少个事件，它必须大于0。

3. LT和ET模式
epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（Level Trigger）模式和ET（Edge Triger）模式。LT模式是默认的工作模式，这种模式下epoll相当于一个效率较高的poll。当往epoll内核事件表中注册一个文件描述符上的EPOLLET事件时，epoll将以ET模式来操作该文件描述符。ET模式是epoll的高效工作模式。

对于采用LT工作模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件。这样，当应用程序下一次调用epoll_wait时，epoll_wait还会再次向应用程序通告此事件，直到该事件被处理。而对于采用ET工作模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的epoll_wait调用将不再向应用程序通知这一事件。可见，ET模式在很大程序上降低了同一个epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。

poll和epoll_wait分别用nfds和maxevents参数指定最多监听多少个文件描述符和事件。这两个数值都能达到系统允许打开的最大文件描述符数量（cat /proc/sys/fs/file-max）。而select允许监听的最大文件描述符数量通常有限制。虽然用户可以修改这个限制，但这可能导致不可预期的后果。

select和poll都只能工作在相对低效的LT模式，而epoll则可以工作在ET高效模式。并且epoll还支持EPOLLONESHOT事件。该事件能进一步减少可读、可写和异常等事件被触发的次数。

从实现原理上来说，select和poll采用的都是轮询的方式，即每次调用都要扫描整个注册文件描述符集合，并将其中就绪的文件描述符返回给用户程序，因此它们检测就绪事件的算法的时间复杂度是O(n)。epoll_wait则不同，它采用的是回调的方式。内核检测到就绪的文件描述符时，将触发回调函数，回调函数就将该文件描述符上对应的事件插入内核就绪事件队列。内核最后在适当的时机将该就绪事件队列中的内容拷贝到用户空间。因此，epoll_wait无须轮询整个文件描述符集合来检测哪些事件已经就绪，其算法时间复杂度是O(1)。但是，当活动连接比较多的时候，epoll_wait的效率未必比select和poll高，因为此时回调函数被触发得过于频繁。所以epoll_wait适用于连接数量多，但活动连接较少的情况。