linux下epoll详解

来源：互联网发布：偿还王菲知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/06 10:17

1、基本知识

　　epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

2、epoll接口

　　epoll操作过程需要三个接口，分别如下：

#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：

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。

3、工作模式

　　epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：

　　LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。

　　ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。

　　ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。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。

4、测试程序

　　编写一个服务器回射程序echo，练习epoll过程。

服务器代码如下所示：

  1 #include <stdio.h>  2 #include <stdlib.h>  3 #include <string.h>  4 #include <errno.h>  5   6 #include <netinet/in.h>  7 #include <sys/socket.h>  8 #include <arpa/inet.h>  9 #include <sys/epoll.h> 10 #include <unistd.h> 11 #include <sys/types.h> 12  13 #define IPADDRESS   "127.0.0.1" 14 #define PORT        8787 15 #define MAXSIZE     1024 16 #define LISTENQ     5 17 #define FDSIZE      1000 18 #define EPOLLEVENTS 100 19  20 //函数声明 21 //创建套接字并进行绑定 22 static int socket_bind(const char* ip,int port); 23 //IO多路复用epoll 24 static void do_epoll(int listenfd); 25 //事件处理函数 26 static void 27 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf); 28 //处理接收到的连接 29 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd); 30 //读处理 31 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf); 32 //写处理 33 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf); 34 //添加事件 35 static void add_event(int epollfd,int fd,int state); 36 //修改事件 37 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state); 38 //删除事件 39 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state); 40  41 int main(int argc,char *argv[]) 42 { 43     int  listenfd; 44     listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); 45     listen(listenfd,LISTENQ); 46     do_epoll(listenfd); 47     return 0; 48 } 49  50 static int socket_bind(const char* ip,int port) 51 { 52     int  listenfd; 53     struct sockaddr_in servaddr; 54     listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 55     if (listenfd == -1) 56     { 57         perror("socket error:"); 58         exit(1); 59     } 60     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 61     servaddr.sin_family = AF_INET; 62     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 63     servaddr.sin_port = htons(port); 64     if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) 65     { 66         perror("bind error: "); 67         exit(1); 68     } 69     return listenfd; 70 } 71  72 static void do_epoll(int listenfd) 73 { 74     int epollfd; 75     struct epoll_event events[EPOLLEVENTS]; 76     int ret; 77     char buf[MAXSIZE]; 78     memset(buf,0,MAXSIZE); 79     //创建一个描述符 80     epollfd = epoll_create(FDSIZE); 81     //添加监听描述符事件 82     add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN); 83     for ( ; ; ) 84     { 85         //获取已经准备好的描述符事件 86         ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1); 87         handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf); 88     } 89     close(epollfd); 90 } 91  92 static void 93 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf) 94 { 95     int i; 96     int fd; 97     //进行选好遍历 98     for (i = 0;i < num;i++) 99     {100         fd = events[i].data.fd;101         //根据描述符的类型和事件类型进行处理102         if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))103             handle_accpet(epollfd,listenfd);104         else if (events[i].events & EPOLLIN)105             do_read(epollfd,fd,buf);106         else if (events[i].events & EPOLLOUT)107             do_write(epollfd,fd,buf);108     }109 }110 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)111 {112     int clifd;113     struct sockaddr_in cliaddr;114     socklen_t  cliaddrlen;115     clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);116     if (clifd == -1)117         perror("accpet error:");118     else119     {120         printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);121         //添加一个客户描述符和事件122         add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);123     }124 }125 126 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)127 {128     int nread;129     nread = read(fd,buf,MAXSIZE);130     if (nread == -1)131     {132         perror("read error:");133         close(fd);134         delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);135     }136     else if (nread == 0)137     {138         fprintf(stderr,"client close.\n");139         close(fd);140         delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);141     }142     else143     {144         printf("read message is : %s",buf);145         //修改描述符对应的事件，由读改为写146         modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);147     }148 }149 150 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)151 {152     int nwrite;153     nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));154     if (nwrite == -1)155     {156         perror("write error:");157         close(fd);158         delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);159     }160     else161         modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);162     memset(buf,0,MAXSIZE);163 }164 165 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)166 {167     struct epoll_event ev;168     ev.events = state;169     ev.data.fd = fd;170     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);171 }172 173 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)174 {175     struct epoll_event ev;176     ev.events = state;177     ev.data.fd = fd;178     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);179 }180 181 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)182 {183     struct epoll_event ev;184     ev.events = state;185     ev.data.fd = fd;186     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);187 }

客户端也用epoll实现，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三个描述符，程序如下所示：

  1 #include <netinet/in.h>  2 #include <sys/socket.h>  3 #include <stdio.h>  4 #include <string.h>  5 #include <stdlib.h>  6 #include <sys/epoll.h>  7 #include <time.h>  8 #include <unistd.h>  9 #include <sys/types.h> 10 #include <arpa/inet.h> 11  12 #define MAXSIZE     1024 13 #define IPADDRESS   "127.0.0.1" 14 #define SERV_PORT   8787 15 #define FDSIZE        1024 16 #define EPOLLEVENTS 20 17  18 static void handle_connection(int sockfd); 19 static void 20 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf); 21 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 22 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 23 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 24 static void add_event(int epollfd,int fd,int state); 25 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state); 26 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state); 27  28 int main(int argc,char *argv[]) 29 { 30     int                 sockfd; 31     struct sockaddr_in  servaddr; 32     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 33     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 34     servaddr.sin_family = AF_INET; 35     servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); 36     inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr); 37     connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); 38     //处理连接 39     handle_connection(sockfd); 40     close(sockfd); 41     return 0; 42 } 43  44  45 static void handle_connection(int sockfd) 46 { 47     int epollfd; 48     struct epoll_event events[EPOLLEVENTS]; 49     char buf[MAXSIZE]; 50     int ret; 51     epollfd = epoll_create(FDSIZE); 52     add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN); 53     for ( ; ; ) 54     { 55         ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1); 56         handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf); 57     } 58     close(epollfd); 59 } 60  61 static void 62 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf) 63 { 64     int fd; 65     int i; 66     for (i = 0;i < num;i++) 67     { 68         fd = events[i].data.fd; 69         if (events[i].events & EPOLLIN) 70             do_read(epollfd,fd,sockfd,buf); 71         else if (events[i].events & EPOLLOUT) 72             do_write(epollfd,fd,sockfd,buf); 73     } 74 } 75  76 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf) 77 { 78     int nread; 79     nread = read(fd,buf,MAXSIZE); 80         if (nread == -1) 81     { 82         perror("read error:"); 83         close(fd); 84     } 85     else if (nread == 0) 86     { 87         fprintf(stderr,"server close.\n"); 88         close(fd); 89     } 90     else 91     { 92         if (fd == STDIN_FILENO) 93             add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT); 94         else 95         { 96             delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN); 97             add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT); 98         } 99     }100 }101 102 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)103 {104     int nwrite;105     nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));106     if (nwrite == -1)107     {108         perror("write error:");109         close(fd);110     }111     else112     {113         if (fd == STDOUT_FILENO)114             delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);115         else116             modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);117     }118     memset(buf,0,MAXSIZE);119 }120 121 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)122 {123     struct epoll_event ev;124     ev.events = state;125     ev.data.fd = fd;126     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);127 }128 129 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)130 {131     struct epoll_event ev;132     ev.events = state;133     ev.data.fd = fd;134     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);135 }136 137 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)138 {139     struct epoll_event ev;140     ev.events = state;141     ev.data.fd = fd;142     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);143 }

5、测试结果

参考资料：

http://www.cnblogs.com/OnlyXP/archive/2007/08/10/851222.html

http://www.cnblogs.com/lexus/archive/2011/11/19/2254798.html

https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/

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