UNIX网络编程学习指南--epoll函数

epoll是select/poll的强化版，都是多路复用的函数，epoll有了很大的改进。

epoll的功能

1、支持监听大数目的socket描述符

一个进程内，select能打开的fd是有限制的，有宏FD_SETSIZE设置，默认值是1024.z在某些时候，这个数值是远远不够用的。解决方法有两种，已是修改宏然后再重新编译内核，但与此同时会引起网络效率的下降;二是使用多进程来解决，但是创建多个进程是有代价的，而且进程间数据同步没有多线程间方便。而epoll没有这个限制，它所支持的最大FD上限远远大于1024，在1GB内存的机器上是10万左右(具体数据可以再cat /proc/sys/file_max查看);

2、效率的提高

select函数每次都当监听的套接组有事件时就返回，但却不能讲有事件产生的套接字筛选出来，而是改变其在套接组的标志量，所以每次监听到事件，都需要将套接组整个遍历一遍。时间复杂度是O(n)。当FD数目增加时，效率会线性下降。

而epoll，每次会将监听套接字中产生时间的套接字加到一列表中，然后我们可以直接对此列表进行操作，而没有产生事件的套接字会被过滤掉，极大地提高了IO效率。这一点尤其在套接字监听数量巨大而活跃数量少的时候很明显。

epoll的用法

epoll是使用主要在于三个函数。

1、int epoll_create(int size);

创建一个epoll句柄，size用来告诉内核这个监听的数据最大值。注意:size是数量的最大值，不是fd的最大值

当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，所以在使用完epoll后，必须使用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。

epfd是epoll的句柄，即epoll_create的返回值。

op表示动作：用三个宏表示：

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;

fd是需要监听的套接字描述符;

event是设定监听事件的结构体,数据结构如下:

typedef union epoll_data

{

void *ptr;

int fd;

uint32_t u32;

uint64_t u64;

}epoll_data_t;

struct epoll_event

{

uint32_t events;

epoll_data_t data;

};

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)的。

EPOLLONESHOT： 只监听一次事件，当监听完这次事件之后，就会把这个fd从epoll的队列中删除，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个fd加入到EPOLL队列里。

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

等待事件的发生，返回需要处理的事件的数量，并将需处理事件的套接字集合与参数events内，可以遍历events来处理事件。

参数epfd为epoll句柄。

events为事件集合。

参数timeout是超时时间(毫秒，0立即返回，-1是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件，如返回0表示已超时。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define MAXLINE 10
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 8888
#define INFTIN 1000
#define IP_ADDR "192.168.1.94"

int main()
{
    struct epoll_event ev, events[20];
    struct sockaddr_in clientaddr, serveraddr;
    int epfd;
    int listenfd;   //监听fd
    int nfds;
    int i, n;
    int sock_fd, conn_fd;
    char buf[MAXLINE];
    socklen_t clilen;

    epfd = epoll_create(256);    //生成epoll句柄
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   //创建套接字
    ev.data.fd = listenfd;       //设置与处理事件相关的文件描述符
    ev.events = EPOLLIN;   //设置要处理的事件类型

    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);   //注册epoll事件

    memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serveraddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr));  //绑定套接口

    listen(listenfd, LISTENQ);    //转为监听套接字

    while(1)
    {
        nfds = epoll_wait(epfd, events, 20, 500);   //等待事件发生
        for(i=0; i<nfds; ++i)
        {
            if(events[i].data.fd == listenfd)  //有新的连接
            {
                clilen = sizeof(struct sockaddr_in);
                conn_fd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clilen);
                printf("accept a new client: %s\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));
                ev.data.fd = conn_fd;
                ev.events = EPOLLIN;   //设置监听事件为可写
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev);   //新增套接字
            }
            else if(events[i].events & EPOLLIN) //可读事件
            {
                if((sock_fd = events[i].data.fd) < 0)
                    continue;
                if((n = recv(sock_fd, buf, MAXLINE, 0)) < 0)
                {
                    if(errno == ECONNRESET)
                    {
                        close(sock_fd);
                        events[i].data.fd = -1;
                    }
                    else
                    {
                        printf("readline error\n");
                    }
                }
                else if(n == 0)
                {
                    close(sock_fd);
                    printf("关闭\n");
                    events[i].data.fd = -1;
                }

                printf("%d--> %s\n", sock_fd, buf);
                ev.data.fd =  sock_fd;
                ev.events = EPOLLOUT;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, sock_fd, &ev);   //修改监听事件为输出
            }
            else if(events[i].events & EPOLLOUT) //可写事件
            {
                sock_fd = events[i].data.fd;
                printf("out:\n");
                scanf("%s", buf);
                ev.events = EPOLLIN;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, sock_fd, &ev);
            }
        }
    }
    return 0;
}

[Linux-C网络编程之epoll函数]

[epoll详解]

《深入理解Nginx模块开发与架构解析》9.6小节