epoll 简单介绍及例子

小小鸟儿！ 2024-10-21 02:15:59 原文

第一部分：Epoll简介

。

当select()返回时，timeout参数的状态在不同的系统中是未定义的，因此每次调用select()之前必须重新初始化timeout和文件描述符set。实际上，秒，然后在文件描述符准备好之前经过了3秒，则这一次调用select()返回时tv_sec将变为2。

；错误时返回-1，并且设置errno为下面几个值之一：
EBADF：给某个set提供了无效文件描述符。
EINTR:：等待时捕获到信号，可以重新发起调用。
EINVAL:：参数n为负数，或者指定的timeout非法。
ENOMEM:：不够可用内存来完成请求。

指示poll调用立即返回并列出准备好I/O的文件描述符，但并不等待其它的事件。这种情况下，poll()就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。
返回值和错误代码
成功时，poll()返回结构体中revents域不为0的文件描述符个数；如果在超时前没有任何事件发生，poll()返回0；失败时，poll()返回-1，并设置errno为下列值之一：
EBADF：一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。
EFAULT：fds指针指向的地址超出进程的地址空间。
EINTR：请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。
EINVAL：nfds参数超出PLIMIT_NOFILE值。
ENOMEM：可用内存不足，无法完成请求。

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。

令人高兴的是，2.6内核的epoll比其2.5开发版本的/dev/epoll简洁了许多，所以，大部分情况下，强大的东西往往是简单的。唯一有点麻烦是epoll有2种工作方式：

LT和ET(水平触发和边缘触发)

　　LT（level triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-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。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。

第二部分：Epoll的三个例子

epoll用到的所有函数都是在头文件sys/epoll.h中声明的，下面简要说明所用到的数据结构和函数：

所用到的数据结构

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 */
};

* This source code was highlighted by YcdoiT. ( style: Vs )

结构体epoll_event 被用于注册所感兴趣的事件和回传所发生待处理的事件，其中epoll_data 联合体用来保存触发事件的某个文件描述符相关的数据，例如一个client连接到服务器，服务器通过调用accept函数可以得到于这个client对应的socket文件描述符，可以把这文件描述符赋给epoll_data的fd字段以便后面的读写操作在这个文件描述符上进行。epoll_event 结构体的events字段是表示感兴趣的事件和被触发的事件可能的取值为：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（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：表示对应的文件描述符有事件发生；

所用到的函数：

1、epoll_create函数

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，其中的参数是指定生成描述符的最大范围（我觉得这个参数和select函数的第一个参数应该是类似的但是该怎么设置才好，我也不太清楚）。

2、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

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；

返回发生事件数。

例子1

#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>

#define MAXLINE 10
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5555
#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 i, maxi, listenfd, connfd, sockfd, epfd, nfds;
    ssize_t n;
    char line[MAXLINE];
    socklen_t clilen;
    //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;
    //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 = "200.200.200.204";
    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 << "connect from " < _u115 ? tr << 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)
            {
                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;
                }
                //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)
            {
                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);
            }

}

}
}

* This source code was highlighted by YcdoiT. ( style: Vs )

例子2

*\ 服务器端的源代码

#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <fcntl.h>
#include <iostream>
#include <signal.h>
#include <sys/epoll.h>

#define MAXFDS 256
#define EVENTS 100
#define PORT 8888

int epfd;
bool setNonBlock(int fd)
{
    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    flags |= O_NONBLOCK;
    if(-1 == fcntl(fd, F_SETFL, flags))
        return false;
    return true;
}

int main(int argc, char *argv[], char *evp[])
{
    int fd, nfds, confd;
    int on = 1;
    char *buffer[512];
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    struct epoll_event ev, events[EVENTS];

if(-1 == socket(AF_INET, SOCKSTREAM), 0)
    {
        std::cout << "创建套接字出错啦" << std::endl;
        return -1;
    }

struct sigaction sig;
    sigemptyset(&sig.sa_mask);
    sig_handler = SIG_IGN;
    sigaction(SIGPIPE, &N > sig, NULL);

epfd = epoll_create(MAXFDS);

setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons((short)(PORT));
    saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    if(-1 == bind(fd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)))
    {
        std::cout << "套接字不能绑定到服务器上" << std::endl;
        return -1;
    }

if(-1 == listen(fd, 32))
    {
        std::cout << "监听套接字的时候出错了" << std::endl;
        return -1;
    }

ev.data.fd = fd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);

while(true)
{
nfds = epoll_wait(epfd, &events, MAXFDS, 0);

for(int i = 0; i < nfds; ++ i)
        {
            if(fd == events[i].data.fd)
            {
                memset(&caddr, sizeof(caddr));
                cfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&caddr, &sizeof(caddr));
                if(-1 == cfd)
                {
                    std::cout << "服务器接收套接字的时候出问题了" << std::endl;
                    break;
                }

setNonBlock(cfd);

ev.data.fd = cfd;
                ev.events = EPOLLIN;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
            }
            else if(events[i].data.fd & EPOLLIN)
            {
                bzero(&buffer, sizeof(buffer));
                std::cout << "服务器端要读取客户端发过来的消息" << std::endl;
                ret = recv(events[i].data.fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
                if(ret < 0)
                {
                    std::cout << "服务器收到的消息出错了" << endl;
                    return -1;
                }
                std::cout << "接收到的消息为：" << (char *) buffer << std::endl;
                ev.data.fd = events[i].data.fd;
                ev.events = EPOLLOUT;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, events[i].data.fd, &ev);
            }
            else if(events[i].data.fd & EPOLLOUT)
            {
                bzero(&buffer, sizeof(buffer));
                bcopy("The Author@: magicminglee@Hotmail.com", buffer, sizeof("The Author@: magicminglee@Hotmail.com"));
                ret = send(events[i].data.fd, buffer, strlen(buffer));
                if(ret < 0)
                {
                    std::cout << "服务器发送消息给客户端的时候出错啦" << std::endl;
                    return -1;
                }
                ev.data.fd = events[i].data.fd;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, ev.data.fd, &ev);
            }
        }
    }
    if(fd > 0)
    {
        shutdown(fd, SHUT_RDWR);
        close(fd);
    }
}

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*\ 客户端源代码

*/
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define PORT 8888

int main(int argc, char *argv[], char *evp[])
{
    int fd;
    int on = 1;
    char *buffer[512];

struct sockaddr_in seraddr;
memset(&seraddr, 0, sizeof(seraddr));

if((fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        std::cout << "客户端创建套接字出错了" << std::endl;
        return -1;
    }

//如果用于多次测试，那么打开下面debug选项

#ifdef _Debug_ming
setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
#endif

seraddr.sin_port = htons((short)(PORT));
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//设置自己的ip吧

//你也可以采用无阻塞连接，不过需要对连接的错误结果进行分析处理

if(TEMP_FAILURE_RETRY(connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr)) < 0))
    {
        std::cout << "连接错误了" << std::endl;
        return -1;
    }
    //下面就进行收发信息

bcopy("The Author@: magicminglee@Hotmail.com");
    send(fd, buffer, strlen(buffer), 0);
    bzero(&buffer, sizeof(buffer));
    recv(fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    exit(0);
}

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例子3

一个使用epoll的服务器

#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>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

#define MAXLINE 1024
#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
};
//用于保存向客户端发送一次消息所需的相关数据
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，开启两个线程来完成任务，两个线程会互斥地访问任务链表
    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);
    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，当描述符可读时出发，出发方式为ET模式
    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;
    const char *local_addr = "127.0.0.1";
    inet_aton(local_addr, &(serveraddr.sin_addr)); //htons(SERV_PORT);
    serveraddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    bind(listenfd, (sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    //开始监听
    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);
                const 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);
                delete rdata;
                //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)
    {
        //互斥访问任务队列
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        //等待到任务队列不为空
        while(readhead == NULL)
            pthread_cond_wait(&cond1, &mutex); //线程阻塞，释放互斥锁，当等待的条件等到满足时，它会再次获得互斥锁
        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)
        {
            //客户端关闭了，其对应的连接套接字可能也被标记为EPOLLIN，然后服务器去读这个套接字
            //结果发现读出来的内容为0，就知道客户端关闭了。
            close(fd);
            printf("Client close connect!\n");
            if(data != NULL) delete data;
        }
        else
        {
            std::cout << "read from client: " << data->line << std::endl;
            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);
        }
    }
}

* This source code was highlighted by YcdoiT. ( style: Vs )

=========================================================

给出一个简单的客户端吧，从《Linux编程技术详解》书中拷贝而来。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int connect_fd;
    int ret;
    char snd_buf[1024];
    int i;
    int port;
    int len;

static struct sockaddr_in srv_addr;
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s server_ip_address port\n", argv[0]);
        return 1;
    }
    port = atoi(argv[2]);
    connect_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(connect_fd < 0)
    {
        perror("cannot create communication socket");
        return 1;
    }
    memset(&srv_addr, 0, sizeof(srv_addr));
    srv_addr.sin_family = AF_INET;
    srv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    srv_addr.sin_port = htons(port);
    ret = connect(connect_fd, (struct sockaddr *)&srv_addr, sizeof(srv_addr));
    if(ret == -1)
    {
        perror("cannot connect to the server");
        close(connect_fd);
        return 1;
    }
    memset(snd_buf, 0, 1024);
    while(1)
    {
        write(STDOUT_FILENO, "input message:", 14);
        bzero(snd_buf, 1024);
        len = read(STDIN_FILENO, snd_buf, 1024);
        if(snd_buf[0] == '@')
            break;
        if(len > 0)
            write(connect_fd, snd_buf, len);
        len = read(connect_fd, snd_buf, len);
        if(len > 0)
            printf("Message from server: %s\n", snd_buf);
    }
    close(connect_fd);
    return 0;
}

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