I/O复用之epoll

epoll

简介

epoll是为处理大批量句柄而作了改进的poll,它是在2.5.44内核中被引进的。

相关函数调用

int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄。自从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的。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。

注：现在更推荐使用 epoll_create1(0) 来代替普通的用法。另外epoll_create1(EPOLLCLOEXEC)表示生成的epoll fd具有“执行后关闭”特性。

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数，它不同于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：

//保存触发事件的某个文件描述符相关的数据（与具体使用方式有关）  

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;
 //感兴趣的事件和被触发的事件
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

注：这个函数在指定EPOLL_CTL_DEL时，为了与linux内核2.6.9之前相兼容，还是要让最后的参数指向一个非null变量。

另外，events.EPOLLONESHOT确实表示只监听一次事件，但是当我们监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个fd的话，只需要使用EPOLL_CTL_MOD修改event。

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

收集在epoll监控的事件中已经发送的事件。参数events是分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。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）。如果函数调用成功，返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目，如返回0表示已超时。

工作原理

两种工作方式

• 水平触发LT
• 边缘触发ET

两者的区别可以用下面这个例子来理解：

如果某fd上有2kb的数据，应用程序只读了1kb，ET就不会在下一次epoll_wait的时候返回，读完以后又有新数据才返回。而LT每次都会返回这个fd，只要这个fd有数据可读。

注：ET模式必须使用非阻塞套接字,可使用如下代码设置。

void setnonblocking(int sockFd)
{
    int opt;

    //获取sock原来的flag
    opt = fcntl(sockFd, F_GETFL);
    if (opt < 0)
    {
        printf("fcntl(F_GETFL) fail.");
        exit(-1);
    }

    //设置新的flag,非阻塞
    opt |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(sockFd, F_SETFL, opt) < 0)
    {
        printf("fcntl(F_SETFL) fail.");
        exit(-1);
    }
}

示例

使用epoll实现的echo服务器。

#include <unp.h>
#include <sys/epoll.h>

#define EPOLL_SIZE 20 //epoll关注的最大fd数目
#define EVENT_ARR 10 //事件数

void setnonblocking(int sockFd)
{
    int opt;

    //获取sock原来的flag
    opt = fcntl(sockFd, F_GETFL);
    if (opt < 0)
    {
        printf("fcntl(F_GETFL) fail.");
        exit(-1);
    }

    //设置新的flag,非阻塞
    opt |= O_NONBLOCK;
    if (fcntl(sockFd, F_SETFL, opt) < 0)
    {
        printf("fcntl(F_SETFL) fail.");
        exit(-1);
    }
}

int main(int argc,char** argv)
{
    int listenfd=openListenfd(SERV_PORT);
    setnonblocking(listenfd); //设置socket为非阻塞

    //创建epoll
    int epfd=epoll_create(EPOLL_SIZE);
    struct epoll_event ev,evs[EVENT_ARR];
    //绑定listenfd
    ev.data.fd=listenfd;
    ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; //ET模式下必须设置为非阻塞
    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);

    int clientfd;
    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t clientlen;
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        int nfds=epoll_wait(epfd,evs,EVENT_ARR,-1);
        for (int i=0;i<nfds;++i) //遍历取到的事件
        {
            //如果为listenfd的事件，且为可读
            if (evs[i].data.fd==listenfd && evs[i].events & EPOLLIN)
            {
                clientlen=sizeof(clientaddr);
                clientfd=Accept(listenfd,(SA*)&clientaddr,&clientlen);
                setnonblocking(clientfd);
                //注册客户端fd事件
                ev.data.fd=clientfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,clientfd,&ev);
            }
            else if (evs[i].events & EPOLLIN)
            {
                if ((clientfd=evs[i].data.fd)>0)
                {
                    int len=read(clientfd,buf,BUF_SIZE);
                    if (len>0)
                    {
                        do
                        {
                            if (write(clientfd, buf, len) < 0)
                                perror("write() fail.\n");
                            len = read(clientfd, buf, BUF_SIZE);
                        } while (len > 0);
                    }
                    else if (len == 0) //出现EPOLLIN但无数据，说明断线
                    {
                        printf("client closed at %d\n", clientfd);
                        epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, clientfd, &ev);
                        close(clientfd);
                        evs[i].data.fd = -1;
                        break;
                    }
                    else if (len == EAGAIN)
                    {
                        continue;
                    }
                }
            }
            else
            {
                printf("other event\n");
            }
        }
    }
    return 0;
}

参考自：

http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9250579

http://www.cnblogs.com/aicro/archive/2012/12/27/2836170.html

http://lifeofzjs.com/blog/2015/05/16/how-to-write-a-server/