IO多路復用之epoll總結
1、基本知識
epoll是在2.6內核中提出的，是之前的select和poll的增強版本。相對於select和poll來說，epoll更加靈活，沒有描述符限制。epoll使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關系的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內核空間的copy只需一次。
2、epoll接口
epoll操作過程需要三個接口，分別如下：
#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);（1） int epoll_create(int size);
創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。這個參數不同於select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當創建好epoll句柄後，它就是會占用一個fd值，在linux下如果查看/proc/進程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll後，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。
（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麼類型的事件epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麼類型的事件，而是在這裡先注冊要監聽的事件類型。第一個參數是epoll_create()的返回值，第二個參數表示動作，用三個宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經注冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數是需要監聽的fd，第四個參數是告訴內核需要監聽什麼事，struct epoll_event結構如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};events可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這裡應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裡
（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產生，類似於select()調用。參數events用來從內核得到事件的集合，maxevents告之內核這個events有多大，這個maxevents的值不能大於創建epoll_create()時的size，參數timeout是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1將不確定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。
3、工作模式
epoll對文件描述符的操作有兩種模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默認模式，LT模式與ET模式的區別如下：
LT模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序可以不立即處理該事件。下次調用epoll_wait時，會再次響應應用程序並通知此事件。
ET模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序必須立即處理該事件。如果不處理，下次調用epoll_wait時，不會再次響應應用程序並通知此事件。
ET模式在很大程度上減少了epoll事件被重復觸發的次數，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以避免由於一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操作把處理多個文件描述符的任務餓死。
4、測試程序
編寫一個服務器回射程序echo，練習epoll過程。
服務器代碼如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include <errno.h>
5
6 #include <netinet/in.h>
7 #include <sys/socket.h>
8 #include <arpa/inet.h>
9 #include <sys/epoll.h>
10 #include <unistd.h>
11 #include <sys/types.h>
12
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define PORT 8787
15 #define MAXSIZE 1024
16 #define LISTENQ 5
17 #define FDSIZE 1000
18 #define EPOLLEVENTS 100
19
20 //函數聲明
21 //創建套接字並進行綁定
22 static int socket_bind(const char* ip,int port);
23 //IO多路復用epoll
24 static void do_epoll(int listenfd);
25 //事件處理函數
26 static void
27 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
28 //處理接收到的連接
29 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
30 //讀處理
31 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
32 //寫處理
33 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);
34 //添加事件
35 static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
36 //修改事件
37 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
38 //刪除事件
39 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
40
41 int main(int argc,char *argv[])
42 {
43 int listenfd;
44 listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
45 listen(listenfd,LISTENQ);
46 do_epoll(listenfd);
47 return 0;
48 }
49
50 static int socket_bind(const char* ip,int port)
51 {
52 int listenfd;
53 struct sockaddr_in servaddr;
54 listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
55 if (listenfd == -1)
56 {
57 perror("socket error:");
58 exit(1);
59 }
60 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
61 servaddr.sin_family = AF_INET;
62 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
63 servaddr.sin_port = htons(port);
64 if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
65 {
66 perror("bind error: ");
67 exit(1);
68 }
69 return listenfd;
70 }
71
72 static void do_epoll(int listenfd)
73 {
74 int epollfd;
75 struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
76 int ret;
77 char buf[MAXSIZE];
78 memset(buf,0,MAXSIZE);
79 //創建一個描述符
80 epollfd = epoll_create(FDSIZE);
81 //添加監聽描述符事件
82 add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
83 for ( ; ; )
84 {
85 //獲取已經准備好的描述符事件
86 ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
87 handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
88 }
89 close(epollfd);
90 }
91
92 static void
93 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
94 {
95 int i;
96 int fd;
97 //進行選好遍歷
98 for (i = 0;i < num;i++)
99 {
100 fd = events[i].data.fd;
101 //根據描述符的類型和事件類型進行處理
102 if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))
103 handle_accpet(epollfd,listenfd);
104 else if (events[i].events & EPOLLIN)
105 do_read(epollfd,fd,buf);
106 else if (events[i].events & EPOLLOUT)
107 do_write(epollfd,fd,buf);
108 }
109 }
110 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)
111 {
112 int clifd;
113 struct sockaddr_in cliaddr;
114 socklen_t cliaddrlen;
115 clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
116 if (clifd == -1)
117 perror("accpet error:");
118 else
119 {
120 printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
121 //添加一個客戶描述符和事件
122 add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);
123 }
124 }
125
126 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)
127 {
128 int nread;
129 nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
130 if (nread == -1)
131 {
132 perror("read error:");
133 close(fd);
134 delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
135 }
136 else if (nread == 0)
137 {
138 fprintf(stderr,"client close.\n");
139 close(fd);
140 delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
141 }
142 else
143 {
144 printf("read message is : %s",buf);
145 //修改描述符對應的事件，由讀改為寫
146 modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
147 }
148 }
149
150 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)
151 {
152 int nwrite;
153 nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
154 if (nwrite == -1)
155 {
156 perror("write error:");
157 close(fd);
158 delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
159 }
160 else
161 modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
162 memset(buf,0,MAXSIZE);
163 }
164
165 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
166 {
167 struct epoll_event ev;
168 ev.events = state;
169 ev.data.fd = fd;
170 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
171 }
172
173 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
174 {
175 struct epoll_event ev;
176 ev.events = state;
177 ev.data.fd = fd;
178 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
179 }
180
181 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
182 {
183 struct epoll_event ev;
184 ev.events = state;
185 ev.data.fd = fd;
186 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
187 }客戶端也用epoll實現，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三個描述符，程序如下所示：
1 #include <netinet/in.h>
2 #include <sys/socket.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <string.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <sys/epoll.h>
7 #include <time.h>
8 #include <unistd.h>
9 #include <sys/types.h>
10 #include <arpa/inet.h>
11
12 #define MAXSIZE 1024
13 #define IPADDRESS "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT 8787
15 #define FDSIZE 1024
16 #define EPOLLEVENTS 20
17
18 static void handle_connection(int sockfd);
19 static void
20 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
21 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
22 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
23 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
24 static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
25 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
26 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
27
28 int main(int argc,char *argv[])
29 {
30 int sockfd;
31 struct sockaddr_in servaddr;
32 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
33 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
34 servaddr.sin_family = AF_INET;
35 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
36 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
37 connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
38 //處理連接
39 handle_connection(sockfd);
40 close(sockfd);
41 return 0;
42 }
43
44
45 static void handle_connection(int sockfd)
46 {
47 int epollfd;
48 struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
49 char buf[MAXSIZE];
50 int ret;
51 epollfd = epoll_create(FDSIZE);
52 add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);
53 for ( ; ; )
54 {
55 ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
56 handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
57 }
58 close(epollfd);
59 }
60
61 static void
62 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
63 {
64 int fd;
65 int i;
66 for (i = 0;i < num;i++)
67 {
68 fd = events[i].data.fd;
69 if (events[i].events & EPOLLIN)
70 do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);
71 else if (events[i].events & EPOLLOUT)
72 do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);
73 }
74 }
75
76 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
77 {
78 int nread;
79 nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
80 if (nread == -1)
81 {
82 perror("read error:");
83 close(fd);
84 }
85 else if (nread == 0)
86 {
87 fprintf(stderr,"server close.\n");
88 close(fd);
89 }
90 else
91 {
92 if (fd == STDIN_FILENO)
93 add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);
94 else
95 {
96 delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
97 add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);
98 }
99 }
100 }
101
102 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
103 {
104 int nwrite;
105 nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
106 if (nwrite == -1)
107 {
108 perror("write error:");
109 close(fd);
110 }
111 else
112 {
113 if (fd == STDOUT_FILENO)
114 delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
115 else
116 modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
117 }
118 memset(buf,0,MAXSIZE);
119 }
120
121 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
122 {
123 struct epoll_event ev;
124 ev.events = state;
125 ev.data.fd = fd;
126 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
127 }
128
129 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
130 {
131 struct epoll_event ev;
132 ev.events = state;
133 ev.data.fd = fd;
134 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
135 }
136
137 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
138 {
139 struct epoll_event ev;
140 ev.events = state;
141 ev.data.fd = fd;
142 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
143 }
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