epoll使用具体解释（精髓）

2023-01-06 18:51:29

epoll - I/O event notification facility

在linux的网络编程中，非常长的时间都在使用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最大的优点在于它不会随着监听fd数目的增长而减少效率。由于在内核中的select实现中，它是採用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。而且，在linux/posix_types.h头文件有这种声明：
#define __FD_SETSIZE    1024
表示select最多同一时候监听1024个fd，当然，能够通过改动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easy，一共就三个函数：
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同拥有多大。这个參数不同于select()中的第一个參数，给出最大监听的fd+1的值。须要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下假设查看/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的事件注冊函数，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，而是在这里先注冊要监听的事件类型。第一个參数是epoll_create()的返回值，第二个參数表示动作，用三个宏来表示：
EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：改动已经注冊的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
第三个參数是须要监听的fd，第四个參数是告诉内核须要监听什么事，struct epoll_event结构例如以下：

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能够是以下几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示相应的文件描写叙述符能够读（包含对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示相应的文件描写叙述符能够写；
EPOLLPRI：表示相应的文件描写叙述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示相应的文件描写叙述符错误发生；
EPOLLHUP：表示相应的文件描写叙述符被挂断；
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：仅仅监听一次事件，当监听完这次事件之后，假设还须要继续监听这个socket的话，须要再次把这个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，相似于select()调用。參数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，參数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久堵塞）。该函数返回须要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

4、关于ET、LT两种工作模式：
能够得出这种结论:
ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包含缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,假设要採用ET模式,须要一直read/write直到出错为止,非常多人反映为什么採用ET模式仅仅接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多由于这样;而LT模式是仅仅要有数据没有处理就会一直通知下去的.

那么到底怎样来使用epoll呢？事实上非常easy。
通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将能够大大的提高你的网络server的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，当中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的全部操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询全部的网络接口，看哪一个能够读，哪一个能够写了。主要的语法为：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
当中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存全部的读写事件。max_events是当前须要监听的全部socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示立即返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件范围，为随意正整数的时候表示等这么长的时间，假设一直没有事件，则范围。一般假设网络主循环是单独的线程的话，能够用-1来等，这样能够保证一些效率，假设是和主逻辑在同一个线程的话，则能够用0来保证主循环的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环，遍利全部的事件。

差点儿全部的epoll程序都使用以下的框架：

for( ; ; )
    {
        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
        for(i=0;i<nfds;++i)
        {
            if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的连接
            {
                connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
                ev.data.fd=connfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd加入�到epoll的监听队列中
            }
            else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据，读socket
            {
                n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //读
                ev.data.ptr = md;     //md为自己定义类型，加入�数据
                ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//改动标识符，等待下一个循环时发送数据，异步处理的精髓
            }
            else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送，写socket
            {
                struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取数据
                sockfd = md->fd;
                send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //发送数据
                ev.data.fd=sockfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //改动标识符，等待下一个循环时接收数据
            }
            else
            {
                //其它的处理
            }
        }
    }

以下给出一个完整的server端样例：

#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 1000

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 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用于注冊事件,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专用的文件描写叙述符

epfd=epoll_create(256);
    struct sockaddr_in clientaddr;
    struct sockaddr_in serveraddr;
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //把socket设置为非堵塞方式

//setnonblocking(listenfd);

//设置与要处理的事件相关的文件描写叙述符

ev.data.fd=listenfd;
    //设置要处理的事件类型

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
    //ev.events=EPOLLIN;

//注冊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);
        //处理所发生的全部事件

for(i=0;i<nfds;++i)
        {
            if(events[i].data.fd==listenfd)//假设新监測到一个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写叙述符

ev.data.fd=connfd;
                //设置用于注測的读操作事件

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                //ev.events=EPOLLIN;

//注冊ev

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
            }
            else if(events[i].events&EPOLLIN)//假设是已经连接的用户，而且收到数据，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写叙述符

ev.data.fd=sockfd;
                //设置用于注測的写操作事件

ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
                //改动sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT

//epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);

}
            else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 假设有数据发送

{
                sockfd = events[i].data.fd;
                write(sockfd, line, n);
                //设置用于读操作的文件描写叙述符

ev.data.fd=sockfd;
                //设置用于注測的读操作事件

ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                //改动sockfd上要处理的事件为EPOLIN

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
            }
        }
    }
    return 0;
}

client直接连接到这个server就好了。。

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