I/O多路转接-epoll

By francis_hao    Aug 5,2017

 

APUE讲多路转接的章节介绍了select、pselect和poll函数。而epoll是linux内核在2.5.44引入的。在glibc 2.3.2添加了支持。

 

epoll_create – 打开一个epoll文件描述符

epoll_ctl – 控制epoll文件描述符接口

epoll_wait – 在epoll文件描述符上等待一个I/O事件

概述

#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);

 

描述

epoll_create()

创建一个epoll（7）实例，返回指向这个实例的文件描述符，这个文件描述符会被之后的epoll函数使用，当该文件描述符不再需要的时候，应当使用close（2）关闭。当所有指向同一个epoll实例的文件描述符都被关闭后，内核会销毁该实例，释放分配的资源以复用。

参数size原本用来告诉内核要添加到epoll实例中文件描述符的数量，内核用这个参数作为一个大概的分配空间大小的指示，以存放描述事件的结构体数据。但是从内核2.6.8之后，这个参数就不再需要了，内核会动态的分配需要的空间大小。但是参数size必须依然是大于0的数，以确保新的epoll函数运行在旧的内核上时能向后兼容。

函数执行成功返回非负的文件描述符，若有错误则返回-1，而且errno被置为相应的值以指示该错误。

epoll_ctl()

这个系统调用对由文件描述符epfd指定的epoll实例执行控制操作，同时需要指定目标文件描述符fd，和对其的操作op。有效的op参数如下

op	说明
EPOLL_CTL_ADD	注册目标文件描述符fd到epoll实例，并关联事件event
EPOLL_CTL_MOD	改变关联到目标文件描述符fd的事件event
EPOLL_CTL_DEL	从epoll实例移除目标文件描述符，event被忽略，可以是NULL

epoll_event结构的定义

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 */
};

成员events可以是以下常量的按位或集：

events	说明
EPOLLIN	关联的文件可以进行read(2)操作
EPOLLOUT	关联的文件可以进行write(2)操作
EPOLLRDHUP (since Linux 2.6.17)	对方关闭了流套接字连接，or shut down writing half of connection。
EPOLLPRI	有紧急数据可以进行read(2)操作
EPOLLERR	在关联的文件描述上发生了错误，epoll_wait(2)总会等待这一事件，因此无需对此位置位
EPOLLHUP	关联的文件描述符挂起（Hang up）了，poll_wait(2)总会等待这一事件，因此无需对此位置位
EPOLLET	为关联的文件描述符设置边沿触发，默认的行为是电平触发（Level Triggered）
EPOLLONESHOT (since Linux 2.6.2)	为关联的文件描述符设置单次行为，这意味着该文件描述符一旦由epoll_wait(2)返回一次事件，就会被内部失能，再不会有其他事件被报告，用户程序必须调用epoll_ctl()函数，使用EPOLL_CTL_MOD命令重新关联event

函数执行成功返回0，错误返回-1，而且errno被置为相应的值。

epoll_wait()

该系统调用等待由文件描述符epfd指定的epoll实例上的事件，由events指向的内存区域包含了准备好的事件。至多有maxevents个事件由epoll_wait()返回，该值必须大于0。timeout参数指定epoll_wait()将最多阻塞多长时间（ms）。指定-1使epoll_wait()一直等待，直到有准备好的事件，而指定0使epoll_wait()立即返回，即使没有事件准备好。

函数执行成功返回准备好的文件描述符的数量，如果在timeout时间内仍然没有文件描述符准备好则返回0，错误返回-1，而且errno被置为相应的值。

 

两点要注意：

1. epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)，fd和event的fd必须同时赋值
2. close不能使文件描述符从epoll中移除，必须使用epoll_ctl的EPOLL_CTL_DEL（此情况是已经有数据在缓存里，还未调用epoll_wait,此时先close再调用epoll_wait的情况）

 

实例

一个简单的用法：

#include <sys/epoll.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
    int epoll_fd;
    int fds_num;
    char str[50]={0};
    struct epoll_event ev_in,ev_out;
    fds_num =
0;

    epoll_fd = epoll_create(2);
/*this 'size' argument is ignored*/
    if
(-1
== epoll_fd){
        perror("epoll_create");
        return
-1;
    }
    memset(&ev_in,
0,
sizeof
(ev_in));
    memset(&ev_out,
0,
sizeof
(ev_out));
    ev_in.events = EPOLLIN;
    if
(-1
== epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD,
0,
&ev_in)){/*Register the target file descriptor 0,that is stdin*/
        perror("epoll_ctl");
        return
-1;
    }

#define TIMEOUT 20
    while(1){
        fds_num = epoll_wait(epoll_fd,
&ev_out,
5, TIMEOUT*1000);
        //fds_num = epoll_wait(epoll_fd, &ev_out, 5, -1);
        if
(-1
== fds_num){
            perror("epoll_wait");
            return
-1;
        }else
if
(0
== fds_num){
            printf("none data within %u s\n",TIMEOUT);
            return
0;
        }
        if
(
0
== ev_out.data.fd){
            if
((ev_out.events & EPOLLIN)
!=
0){
                //printf("events is %x\n",ev_out.events);
                if
(-1
== read(0, str,
50)){
                    perror("read");
                    return
-1;
                }
                printf("%s",str);
                memset(str,
0
,sizeof
(str));
            }
        }else{
            printf("%d\n",ev_out.data.fd);
        }
    }
    return
0;
}

执行结果：

程序源码在github上，可以直接clone编译测试：
epoll

 

 

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参考

【1】man 7 epoll

【2】man epoll_create

【3】man epoll_ctl

【4】man epoll_wait