I/O Multiplexing & epoll
来源：互联网 发布：手机广告平面设计软件 编辑：程序博客网 时间：2024/05/02 06:12
什么是epoll？
epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。
epoll的优点？
相对于select和poll来说，epoll有如下优点：
（1）支持一个进程打开大数目的socket描述符
select 最不能忍受的是一个进程所打开的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE设置，默认值是1024。对于那些需要支持的上万连接数目的IM服务器来说显然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译服务器代码，不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降。
（2）IO效率不随FD数目增加而线性下降
传统的select/poll另一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合，不过由于网络延时，任一时间只有部分的socket是“活跃”的，但是select/poll每次调用都会线性扫描全部的集合，导致效率呈现线性下降。但是epoll不存在这个问题，它只会对“活跃”的socket进行操作---这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。那么，只有“活跃”的socket才会主动的去调用 callback函数，其他idle状态socket则不会
（3）使用mmap加速内核与用户空间的消息传递
无论是select,poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存拷贝就很重要，在这点上，epoll是通过内核与用户空间mmap同一块内存实现的。
epoll使用说明
#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
1） int epoll_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）int epoll_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。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（3） int epoll_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。
epoll的两种模式LT和ET
二者的差异在于level-trigger模式下只要某个socket处于readable/writable状态，无论什么时候进行epoll_wait都会返回该socket；而edge-trigger模式下只有某个socket从unreadable变为readable或从unwritable变为writable时，epoll_wait才会返回该socket。
LT支持阻塞和非阻塞，ET只支持非阻塞，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。
返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK错误，这个错误表示资源暂时不够，能read时，读缓冲区没有数据，或者write时，写缓冲区满了。
如果是阻塞socket，则会一直阻塞，直到能read或者能write。（当然如果你通过setsockopt设置了读写超时，超时时间到了还是会返回-1和EAGAIN，如果没有设置还是返回-1，则表示网络出错了）
如果是非阻塞socket，则会直接返回-1， 同时errno设置为EAGAIN
所以，在epoll的ET模式下，正确的读写方式为:
读：只要可读，就一直读，直到返回0，或者 errno = EAGAIN
写:只要可写，就一直写，直到数据发送完，或者 errno = EAGAIN
贴一个epoll,ET模式的简单HTTP服务器代码
#include <sys/socket.h>#include <sys/wait.h>#include <netinet/in.h>#include <netinet/tcp.h>#include <sys/epoll.h>#include <sys/sendfile.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <strings.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h> #define MAX_EVENTS 10#define PORT 8080//设置socket连接为非阻塞模式void setnonblocking(int sockfd) { int opts; opts = fcntl(sockfd, F_GETFL); if(opts < 0) { perror("fcntl(F_GETFL)\n"); exit(1); } opts = (opts | O_NONBLOCK); if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) { perror("fcntl(F_SETFL)\n"); exit(1); }}int main(){ struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n; struct sockaddr_in local, remote; char buf[BUFSIZ]; //创建listen socket if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { perror("sockfd\n"); exit(1); } setnonblocking(listenfd); bzero(&local, sizeof(local)); local.sin_family = AF_INET; local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);; local.sin_port = htons(PORT); if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) { perror("bind\n"); exit(1); } listen(listenfd, 20); epfd = epoll_create(MAX_EVENTS); if (epfd == -1) { perror("epoll_create"); exit(EXIT_FAILURE); } ev.events = EPOLLIN; ev.data.fd = listenfd; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: listen_sock"); exit(EXIT_FAILURE); } for (;;) { nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1); if (nfds == -1) { perror("epoll_pwait"); exit(EXIT_FAILURE); } for (i = 0; i < nfds; ++i) { fd = events[i].data.fd; if (fd == listenfd) { while ((conn_sock = accept(listenfd,(struct sockaddr *) &remote, (size_t *)&addrlen)) > 0) { setnonblocking(conn_sock); ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; ev.data.fd = conn_sock; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: add"); exit(EXIT_FAILURE); } } if (conn_sock == -1) { if (errno != EAGAIN && errno != ECONNABORTED && errno != EPROTO && errno != EINTR) perror("accept"); } continue; } if (events[i].events & EPOLLIN) { n = 0; while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) { n += nread; } if (nread == -1 && errno != EAGAIN) { perror("read error"); } ev.data.fd = fd; ev.events = events[i].events | EPOLLOUT; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: mod"); } } if (events[i].events & EPOLLOUT) { sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11); int nwrite, data_size = strlen(buf); n = data_size; while (n > 0) { nwrite = write(fd, buf + data_size - n, n); if (nwrite < n) { if (nwrite == -1 && errno != EAGAIN) { perror("write error"); } break; } n -= nwrite; } close(fd); } } } return 0;}再贴一个epoll & LT 模式简单的服务器代码
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/epoll.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#define IPADDRESS "127.0.0.1"#define PORT 8787#define MAXSIZE 1024#define LISTENQ 5#define FDSIZE 1000#define EPOLLEVENTS 100//函数声明//创建套接字并进行绑定static int socket_bind(const char* ip,int port);//IO多路复用epollstatic void do_epoll(int listenfd);//事件处理函数static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);//处理接收到的连接static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);//读处理static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);//写处理static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);//添加事件static void add_event(int epollfd,int fd,int state);//修改事件static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);//删除事件static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);int main(int argc,char *argv[]){ int listenfd; listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); listen(listenfd,LISTENQ); do_epoll(listenfd); return 0;}static int socket_bind(const char* ip,int port){ int listenfd; struct sockaddr_in servaddr; listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if (listenfd == -1) { perror("socket error:"); exit(1); } bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(port); if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) { perror("bind error: "); exit(1); } return listenfd;}static void do_epoll(int listenfd){ int epollfd; struct epoll_event events[EPOLLEVENTS]; int ret; char buf[MAXSIZE]; memset(buf,0,MAXSIZE); //创建一个描述符 epollfd = epoll_create(FDSIZE); //添加监听描述符事件 add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN); for ( ; ; ) { //获取已经准备好的描述符事件 ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1); handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf); } close(epollfd);}static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf){ int i; int fd; //进行选好遍历 for (i = 0;i < num;i++) { fd = events[i].data.fd; //根据描述符的类型和事件类型进行处理 if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN)) handle_accpet(epollfd,listenfd); else if (events[i].events & EPOLLIN) do_read(epollfd,fd,buf); else if (events[i].events & EPOLLOUT) do_write(epollfd,fd,buf); }}static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd){ int clifd; struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t cliaddrlen; clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); if (clifd == -1) perror("accpet error:"); else { printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); //添加一个客户描述符和事件 add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN); }}static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf){ int nread; nread = read(fd,buf,MAXSIZE); if (nread == -1) { perror("read error:"); close(fd); delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN); } else if (nread == 0) { fprintf(stderr,"client close.\n"); close(fd); delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN); } else { printf("read message is : %s",buf); //修改描述符对应的事件，由读改为写 modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); }}static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf){ int nwrite; nwrite = write(fd,buf,strlen(buf)); if (nwrite == -1) { perror("write error:"); close(fd); delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); } else modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN); memset(buf,0,MAXSIZE);}static void add_event(int epollfd,int fd,int state){ struct epoll_event ev; ev.events = state; ev.data.fd = fd; epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);}static void delete_event(int epollfd,int fd,int state){ struct epoll_event ev; ev.events = state; ev.data.fd = fd; epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);}static void modify_event(int epollfd,int fd,int state){ struct epoll_event ev; ev.events = state; ev.data.fd = fd; epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);}参考：
Epoll在LT和ET模式下的读写方式
http://www.ccvita.com/515.html
IO多路复用之epoll总结
http://www.cnblogs.com/Anker/p/3263780.html
epoll使用详解
http://blog.csdn.net/ljx0305/article/details/4065058
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