前言

? ? ? I/O多路復(fù)用有很多種實(shí)現(xiàn)。在linux上，2.4內(nèi)核前主要是select和poll，自Linux 2.6內(nèi)核正式引入epoll以來，epoll已經(jīng)成為了目前實(shí)現(xiàn)高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的必備技術(shù)。盡管他們的使用方法不盡相同，但是本質(zhì)上卻沒有什么區(qū)別。本文將重點(diǎn)探討將放在EPOLL的實(shí)現(xiàn)與使用詳解。

為什么會(huì)是EPOLL

select的缺陷

? ? ? 高并發(fā)的核心解決方案是1個(gè)線程處理所有連接的“等待消息準(zhǔn)備好”，這一點(diǎn)上epoll和select是無爭議的。但select預(yù)估錯(cuò)誤了一件事，當(dāng)數(shù)十萬并發(fā)連接存在時(shí)，可能每一毫秒只有數(shù)百個(gè)活躍的連接，同時(shí)其余數(shù)十萬連接在這一毫秒是非活躍的。select的使用方法是這樣的： ? ? ? 返回的活躍連接 ==select（全部待監(jiān)控的連接）。 ? ? ? 什么時(shí)候會(huì)調(diào)用select方法呢？在你認(rèn)為需要找出有報(bào)文到達(dá)的活躍連接時(shí)，就應(yīng)該調(diào)用。所以，調(diào)用select在高并發(fā)時(shí)是會(huì)被頻繁調(diào)用的。這樣，這個(gè)頻繁調(diào)用的方法就很有必要看看它是否有效率，因?yàn)?#xff0c;它的輕微效率損失都會(huì)被“頻繁”二字所放大。它有效率損失嗎？顯而易見，全部待監(jiān)控連接是數(shù)以十萬計(jì)的，返回的只是數(shù)百個(gè)活躍連接，這本身就是無效率的表現(xiàn)。被放大后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，處理并發(fā)上萬個(gè)連接時(shí)，select就完全力不從心了。 ? ? ? 此外，在 Linux內(nèi)核中，select所用到的FD_SET是有限的，即內(nèi)核中有個(gè)參數(shù)__FD_SETSIZE定義了每個(gè)FD_SET的句柄個(gè)數(shù)。

view sourceprint? 1.1/linux/posix_types.h: 2.2 3.3#define __FD_SETSIZE???????? 1024 View Code ? ? ? 其次，內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)?select是用 輪詢方法，即每次檢測(cè)都會(huì)遍歷所有FD_SET中的句柄，顯然，select函數(shù)執(zhí)行時(shí)間與FD_SET中的句柄個(gè)數(shù)有一個(gè)比例關(guān)系，即?select要檢測(cè)的句柄數(shù)越多就會(huì)越費(fèi)時(shí)。看到這里，您可能要要問了，你為什么不提poll？筆者認(rèn)為select與poll在內(nèi)部機(jī)制方面并沒有太大的差異。相比于select機(jī)制，poll只是取消了最大監(jiān)控文件描述符數(shù)限制，并沒有從根本上解決select存在的問題。 ? ? ? ? ? ? ? 接下來我們看張圖，當(dāng)并發(fā)連接為較小時(shí)，select與epoll似乎并無多少差距。可是當(dāng)并發(fā)連接上來以后，select就顯得力不從心了。

? ? ? ? 圖 1.主流I/O復(fù)用機(jī)制的benchmark

?epoll高效的奧秘

? ? ? epoll精巧的使用了3個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)select方法要做的事：

新建epoll描述符==epoll_create() epoll_ctrl(epoll描述符，添加或者刪除所有待監(jiān)控的連接) 返回的活躍連接 ==epoll_wait（ epoll描述符?） ? ? ? 與select相比，epoll分清了頻繁調(diào)用和不頻繁調(diào)用的操作。例如，epoll_ctrl是不太頻繁調(diào)用的，而epoll_wait是非常頻繁調(diào)用的。這時(shí)，epoll_wait卻幾乎沒有入?yún)?#xff0c;這比select的效率高出一大截，而且，它也不會(huì)隨著并發(fā)連接的增加使得入?yún)⒃桨l(fā)多起來，導(dǎo)致內(nèi)核執(zhí)行效率下降。 ? ? ?? ? ? ? 筆者在這里不想過多貼出epoll的代碼片段。如果大家有興趣，可以參考文末貼出的博文鏈接和Linux相關(guān)源碼。

? ? ??要深刻理解epoll，首先得了解epoll的三大關(guān)鍵要素：mmap、紅黑樹、鏈表。

? ? ??epoll是通過內(nèi)核與用戶空間mmap同一塊內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的。mmap將用戶空間的一塊地址和內(nèi)核空間的一塊地址同時(shí)映射到相同的一塊物理內(nèi)存地址（不管是用戶空間還是內(nèi)核空間都是虛擬地址，最終要通過地址映射映射到物理地址），使得這塊物理內(nèi)存對(duì)內(nèi)核和對(duì)用戶均可見，減少用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的數(shù)據(jù)交換。

? ? ? epoll上就是相當(dāng)減少了epoll監(jiān)聽的句柄從用戶態(tài)copy到內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核可以直接看到epoll監(jiān)聽的句柄，效率高。

? ? ? 紅黑樹將存儲(chǔ)epoll所監(jiān)聽的套接字。上面mmap出來的內(nèi)存如何保存epoll所監(jiān)聽的套接字，必然也得有一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，epoll在實(shí)現(xiàn)上采用紅黑樹去存儲(chǔ)所有套接字，當(dāng)添加或者刪除一個(gè)套接字時(shí)（epoll_ctl），都在紅黑樹上去處理，紅黑樹本身插入和刪除性能比較好，時(shí)間復(fù)雜度O(lgN)。

? ? ??

? ? ? 下面幾個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義? ?

view sourceprint? 01.1struct epitem 02.2{ 03.3????struct rb_node rbn;??????????? //用于主結(jié)構(gòu)管理的紅黑樹 04.4????struct list_head rdllink;?????? //事件就緒隊(duì)列 05.5????struct epitem *next;?????????? //用于主結(jié)構(gòu)體中的鏈表 06.6????struct epoll_filefd ffd;???????? //每個(gè)fd生成的一個(gè)結(jié)構(gòu) 07.7????int nwait;???????????????? 08.8????struct list_head pwqlist;???? //poll等待隊(duì)列 09.9????struct eventpoll *ep;????????? //該項(xiàng)屬于哪個(gè)主結(jié)構(gòu)體 10.10????struct list_head fllink;???????? //鏈接fd對(duì)應(yīng)的file鏈表 11.11????struct epoll_event event;? //注冊(cè)的感興趣的事件,也就是用戶空間的epoll_event 12.12?}

? ? ??

view sourceprint? 01.1struct eventpoll 02.2{ 03.3????spin_lock_t lock;??????????? //對(duì)本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問 04.4????struct mutex mtx;??????????? //防止使用時(shí)被刪除 05.5????wait_queue_head_t wq;??????? //sys_epoll_wait() 使用的等待隊(duì)列 06.6????wait_queue_head_t poll_wait; //file->poll()使用的等待隊(duì)列 07.7????struct list_head rdllist;??? //事件滿足條件的鏈表 08.8????struct rb_root rbr;????????? //用于管理所有fd的紅黑樹 09.9????struct epitem *ovflist;????? //將事件到達(dá)的fd進(jìn)行鏈接起來發(fā)送至用戶空間 10.10}

? ? ??添加以及返回事件

? ? ??通過epoll_ctl函數(shù)添加進(jìn)來的事件都會(huì)被放在紅黑樹的某個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)，所以，重復(fù)添加是沒有用的。當(dāng)把事件添加進(jìn)來的時(shí)候時(shí)候會(huì)完成關(guān)鍵的一步，那就是該事件都會(huì)與相應(yīng)的設(shè)備（網(wǎng)卡）驅(qū)動(dòng)程序建立回調(diào)關(guān)系，當(dāng)相應(yīng)的事件發(fā)生后，就會(huì)調(diào)用這個(gè)回調(diào)函數(shù)，該回調(diào)函數(shù)在內(nèi)核中被稱為：ep_poll_callback,這個(gè)回調(diào)函數(shù)其實(shí)就所把這個(gè)事件添加到rdlist這個(gè)雙向鏈表中。一旦有事件發(fā)生，epoll就會(huì)將該事件添加到雙向鏈表中。那么當(dāng)我們調(diào)用epoll_wait時(shí)，epoll_wait只需要檢查rdlist雙向鏈表中是否有存在注冊(cè)的事件，效率非?？捎^。這里也需要將發(fā)生了的事件復(fù)制到用戶態(tài)內(nèi)存中即可。

? ? ? epoll_wait的工作流程：

epoll_wait調(diào)用ep_poll，當(dāng)rdlist為空（無就緒fd）時(shí)掛起當(dāng)前進(jìn)程，直到rdlist不空時(shí)進(jìn)程才被喚醒。 文件fd狀態(tài)改變（buffer由不可讀變?yōu)榭勺x或由不可寫變?yōu)榭蓪?#xff09;，導(dǎo)致相應(yīng)fd上的回調(diào)函數(shù)ep_poll_callback()被調(diào)用。 ep_poll_callback將相應(yīng)fd對(duì)應(yīng)epitem加入rdlist，導(dǎo)致rdlist不空，進(jìn)程被喚醒，epoll_wait得以繼續(xù)執(zhí)行。 ep_events_transfer函數(shù)將rdlist中的epitem拷貝到txlist中，并將rdlist清空。 ep_send_events函數(shù)（很關(guān)鍵），它掃描txlist中的每個(gè)epitem，調(diào)用其關(guān)聯(lián)fd對(duì)用的poll方法。此時(shí)對(duì)poll的調(diào)用僅僅是取得fd上較新的events（防止之前events被更新），之后將取得的events和相應(yīng)的fd發(fā)送到用戶空間（封裝在struct?epoll_event，從epoll_wait返回）。? ???

小結(jié)

? ? ? ?表 1. select、poll和epoll三種I/O復(fù)用模式的比較（ 摘錄自《linux高性能服務(wù)器編程》）

系統(tǒng)調(diào)用	select	poll	epoll
事件集合	用哦過戶通過3個(gè)參數(shù)分別傳入感興趣的可讀，可寫及異常等事件 內(nèi)核通過對(duì)這些參數(shù)的在線修改來反饋其中的就緒事件 這使得用戶每次調(diào)用select都要重置這3個(gè)參數(shù)	統(tǒng)一處理所有事件類型，因此只需要一個(gè)事件集參數(shù)。 用戶通過pollfd.events傳入感興趣的事件，內(nèi)核通過 修改pollfd.revents反饋其中就緒的事件	內(nèi)核通過一個(gè)事件表直接管理用戶感興趣的所有事件。 因此每次調(diào)用epoll_wait時(shí)，無需反復(fù)傳入用戶感興趣 的事件。epoll_wait系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)events僅用來反饋就緒的事件
應(yīng)用程序索引就緒文件 描述符的時(shí)間復(fù)雜度	O(n)	O(n)	O(1)
最大支持文件描述符數(shù)	一般有最大值限制	65535	65535
工作模式	LT	LT	支持ET高效模式
內(nèi)核實(shí)現(xiàn)和工作效率	采用輪詢方式檢測(cè)就緒事件，時(shí)間復(fù)雜度：O(n)	采用輪詢方式檢測(cè)就緒事件，時(shí)間復(fù)雜度：O(n)	采用回調(diào)方式檢測(cè)就緒事件，時(shí)間復(fù)雜度：O(1)

? ? ? 行文至此，想必各位都應(yīng)該已經(jīng)明了為什么epoll會(huì)成為Linux平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)高性能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的首選I/O復(fù)用調(diào)用。

? ? ??需要注意的是：epoll并不是在所有的應(yīng)用場(chǎng)景都會(huì)比select和poll高很多。尤其是當(dāng)活動(dòng)連接比較多的時(shí)候，回調(diào)函數(shù)被觸發(fā)得過于頻繁的時(shí)候，epoll的效率也會(huì)受到顯著影響！所以，epoll特別適用于連接數(shù)量多，但活動(dòng)連接較少的情況。

? ? ? 接下來，筆者將介紹一下epoll使用方式的注意點(diǎn)。

?EPOLL的使用?

?文件描述符的創(chuàng)建?

view sourceprint? 1.1#include <sys/epoll.h> 2.2int epoll_create ( intsize );

? ? ? 在epoll早期的實(shí)現(xiàn)中，對(duì)于監(jiān)控文件描述符的組織并不是使用紅黑樹，而是hash表。這里的size實(shí)際上已經(jīng)沒有意義。

? 注冊(cè)監(jiān)控事件

view sourceprint? 1.1#include <sys/epoll.h> 2.2int epoll_ctl ( intepfd, int op, int fd, struct epoll_event *event ); ?函數(shù)說明： ? ? ?fd：要操作的文件描述符 ? ? ?op：指定操作類型 操作類型： ? ? ?EPOLL_CTL_ADD：往事件表中注冊(cè)fd上的事件 ? ? ?EPOLL_CTL_MOD：修改fd上的注冊(cè)事件 ? ? ?EPOLL_CTL_DEL：刪除fd上的注冊(cè)事件 ? ? ?event：指定事件，它是epoll_event結(jié)構(gòu)指針類型 ? ? ?epoll_event定義： view sourceprint? 1.1struct epoll_event 2.2{ 3.3????__unit32_t events;??? // epoll事件 4.4????epoll_data_t data;???? // 用戶數(shù)據(jù) 5.5}; ?結(jié)構(gòu)體說明： ? ? ?events：描述事件類型，和poll支持的事件類型基本相同（兩個(gè)額外的事件：EPOLLET和EPOLLONESHOT，高效運(yùn)作的關(guān)鍵） ? ? ?data成員：存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù) view sourceprint? 1.1typedef union epoll_data 2.2{ 3.3????void* ptr;????????????? //指定與fd相關(guān)的用戶數(shù)據(jù) 4.4????int fd;???????????????? //指定事件所從屬的目標(biāo)文件描述符 5.5????uint32_t u32; 6.6????uint64_t u64; 7.7} epoll_data_t;

? epoll_wait函數(shù)

view sourceprint? 1.1#include <sys/epoll.h> 2.2int epoll_wait ( intepfd, struct epoll_event* events, intmaxevents, int timeout ); View Code 函數(shù)說明： ? ? ?返回：成功時(shí)返回就緒的文件描述符的個(gè)數(shù)，失敗時(shí)返回-1并設(shè)置errno ? ? ?timeout：指定epoll的超時(shí)時(shí)間，單位是毫秒。當(dāng)timeout為-1是，epoll_wait調(diào)用將永遠(yuǎn)阻塞，直到某個(gè)時(shí)間發(fā)生。當(dāng)timeout為0時(shí)，epoll_wait調(diào)用將立即返回。 ? ? ?maxevents：指定最多監(jiān)聽多少個(gè)事件 ? ? ?events：檢測(cè)到事件，將所有就緒的事件從內(nèi)核事件表中復(fù)制到它的第二個(gè)參數(shù)events指向的數(shù)組中。

?EPOLLONESHOT事件

使用場(chǎng)合： ? ? ? 一個(gè)線程在讀取完某個(gè)socket上的數(shù)據(jù)后開始處理這些數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的處理過程中該socket又有新數(shù)據(jù)可讀，此時(shí)另外一個(gè)線程被喚醒來讀取這些新的數(shù)據(jù)。 ? ? ? 于是，就出現(xiàn)了兩個(gè)線程同時(shí)操作一個(gè)socket的局面。可以使用epoll的EPOLLONESHOT事件實(shí)現(xiàn)一個(gè)socket連接在任一時(shí)刻都被一個(gè)線程處理。 作用： ? ? ? 對(duì)于注冊(cè)了EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操作系統(tǒng)最多出發(fā)其上注冊(cè)的一個(gè)可讀，可寫或異常事件，且只能觸發(fā)一次。 使用： ? ? ? 注冊(cè)了EPOLLONESHOT事件的socket一旦被某個(gè)線程處理完畢，該線程就應(yīng)該立即重置這個(gè)socket上的EPOLLONESHOT事件，以確保這個(gè)socket下一次可讀時(shí)，其EPOLLIN事件能被觸發(fā)，進(jìn)而讓其他工作線程有機(jī)會(huì)繼續(xù)處理這個(gè)sockt。 效果： ? ? ? 盡管一個(gè)socket在不同事件可能被不同的線程處理，但同一時(shí)刻肯定只有一個(gè)線程在為它服務(wù)，這就保證了連接的完整性，從而避免了很多可能的競(jìng)態(tài)條件。

?LT與ET模式

? ? ? 在這里，筆者強(qiáng)烈推薦《徹底學(xué)會(huì)使用epoll》系列博文，這是筆者看過的，對(duì)epoll的ET和LT模式講解最為詳盡和易懂的博文。下面的實(shí)例均來自該系列博文。限于篇幅原因，很多關(guān)鍵的細(xì)節(jié)，不能完全摘錄。

? ? ? 話不多說，直接上代碼。

程序一：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDIN_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;??????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置ET模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDIN_FILENO) 19.19????????????????printf('Something happened with stdin! 20.'); 21.20????????} 22.21????} 23.22}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

當(dāng)用戶輸入一組字符，這組字符被送入buffer，字符停留在buffer中，又因?yàn)閎uffer由空變?yōu)椴豢?#xff0c;所以ET返回讀就緒，輸出”welcome to epoll's world！”。 之后程序再次執(zhí)行epoll_wait，此時(shí)雖然buffer中有內(nèi)容可讀，但是根據(jù)我們上節(jié)的分析，ET并不返回就緒，導(dǎo)致epoll_wait阻塞。（底層原因是ET下就緒fd的epitem只被放入rdlist一次）。 用戶再次輸入一組字符，導(dǎo)致buffer中的內(nèi)容增多，根據(jù)我們上節(jié)的分析這將導(dǎo)致fd狀態(tài)的改變，是對(duì)應(yīng)的epitem再次加入rdlist，從而使epoll_wait返回讀就緒，再次輸出“Welcome to epoll's world！”。

接下來我們將上面程序的第11行做如下修改：

view sourceprint? 1.1?ev.events=EPOLLIN;??? //默認(rèn)使用LT模式

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? 程序陷入死循環(huán)，因?yàn)橛脩糨斎肴我鈹?shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)被送入buffer且沒有被讀出，所以LT模式下每次epoll_wait都認(rèn)為buffer可讀返回讀就緒。導(dǎo)致每次都會(huì)輸出”welcome to epoll's world！”。

程序二：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDIN_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLIN;??????????????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置LT模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDIN_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????char buf[1024] = {0}; 21.21????????????????read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf)); 22.22????????????????printf('welcome to epoll's <a href="http://www.it165.net/edu/ebg/"target="_blank" class="keylink">word</a>! 23.'); 24.23????????????}??????????? 25.24????????} 26.25????} 27.26}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? 本程序依然使用LT模式，但是每次epoll_wait返回讀就緒的時(shí)候我們都將buffer（緩沖）中的內(nèi)容read出來，所以導(dǎo)致buffer再次清空，下次調(diào)用epoll_wait就會(huì)阻塞。所以能夠?qū)崿F(xiàn)我們所想要的功能——當(dāng)用戶從控制臺(tái)有任何輸入操作時(shí)，輸出”welcome to epoll's world！”

程序三：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDIN_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;??????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置ET模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDIN_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDIN_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????printf('welcome to epoll's <a href="http://www.it165.net/edu/ebg/"target="_blank" class="keylink">word</a>! 21.'); 22.21????????????????ev.data.fd = STDIN_FILENO; 23.22????????????????ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;??????????????????????? //設(shè)置ET模式 24.23????????????????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, STDIN_FILENO, &ev);??? //重置epoll事件（ADD無效） 25.24????????????}??????????? 26.25????????} 27.26????} 28.27}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ?程序依然使用ET，但是每次讀就緒后都主動(dòng)的再次MOD?IN事件，我們發(fā)現(xiàn)程序再次出現(xiàn)死循環(huán)，也就是每次返回讀就緒。但是注意，如果我們將MOD改為ADD，將不會(huì)產(chǎn)生任何影響。別忘了每次ADD一個(gè)描述符都會(huì)在epitem組成的紅黑樹中添加一個(gè)項(xiàng)，我們之前已經(jīng)ADD過一次，再次ADD將阻止添加，所以在次調(diào)用ADD?IN事件不會(huì)有任何影響。

程序四：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDOUT_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLOUT|EPOLLET;??????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置ET模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDOUT_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????printf('welcome to epoll's word! 21.'); 22.21????????????}??????????? 23.22????????} 24.23????} 25.24}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? 這個(gè)程序的功能是只要標(biāo)準(zhǔn)輸出寫就緒，就輸出“welcome to epoll's world”。我們發(fā)現(xiàn)這將是一個(gè)死循環(huán)。下面具體分析一下這個(gè)程序的執(zhí)行過程：

首先初始buffer為空，buffer中有空間可寫，這時(shí)無論是ET還是LT都會(huì)將對(duì)應(yīng)的epitem加入rdlist，導(dǎo)致epoll_wait就返回寫就緒。 程序想標(biāo)準(zhǔn)輸出輸出”welcome to epoll's world”和換行符，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)輸出為控制臺(tái)的時(shí)候緩沖是“行緩沖”,所以換行符導(dǎo)致buffer中的內(nèi)容清空，這就對(duì)應(yīng)第二節(jié)中ET模式下寫就緒的第二種情況——當(dāng)有舊數(shù)據(jù)被發(fā)送走時(shí)，即buffer中待寫的內(nèi)容變少得時(shí)候會(huì)觸發(fā)fd狀態(tài)的改變。所以下次epoll_wait會(huì)返回寫就緒。如此循環(huán)往復(fù)。

程序五：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDOUT_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLOUT|EPOLLET;??????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置ET模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDOUT_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????printf('welcome to epoll's word!'); 21.21????????????}??????????? 22.22????????} 23.23????} 24.24}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? 與程序四相比，程序五只是將輸出語句的printf的換行符移除。我們看到程序成掛起狀態(tài)。因?yàn)榈谝淮蝒poll_wait返回寫就緒后，程序向標(biāo)準(zhǔn)輸出的buffer中寫入“welcome to epoll's world！”，但是因?yàn)闆]有輸出換行，所以buffer中的內(nèi)容一直存在，下次epoll_wait的時(shí)候，雖然有寫空間但是ET模式下不再返回寫就緒?；貞浀谝还?jié)關(guān)于ET的實(shí)現(xiàn)，這種情況原因就是第一次buffer為空，導(dǎo)致epitem加入rdlist，返回一次就緒后移除此epitem，之后雖然buffer仍然可寫，但是由于對(duì)應(yīng)epitem已經(jīng)不再rdlist中，就不會(huì)對(duì)其就緒fd的events的在檢測(cè)了。

程序六：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDOUT_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLOUT;??????????????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置LT模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDOUT_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????printf('welcome to epoll's word!'); 21.21????????????}??????????? 22.22????????} 23.23????} 24.24}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? ?程序六相對(duì)程序五僅僅是修改ET模式為默認(rèn)的LT模式，我們發(fā)現(xiàn)程序再次死循環(huán)。這時(shí)候原因已經(jīng)很清楚了，因?yàn)楫?dāng)向buffer寫入”welcome to epoll's world！”后，雖然buffer沒有輸出清空，但是LT模式下只有buffer有寫空間就返回寫就緒，所以會(huì)一直輸出”welcome to epoll's world！”,當(dāng)buffer滿的時(shí)候，buffer會(huì)自動(dòng)刷清輸出，同樣會(huì)造成epoll_wait返回寫就緒。

程序七：

view sourceprint? 01.1#include <stdio.h> 02.2#include <unistd.h> 03.3#include <sys/epoll.h> 04.4 05.5int main(void) 06.6{ 07.7????int epfd,nfds; 08.8????struct epoll_event ev,events[5];???????????????????//ev用于注冊(cè)事件，數(shù)組用于返回要處理的事件 09.9????epfd = epoll_create(1);???????????????????????????????//只需要監(jiān)聽一個(gè)描述符——標(biāo)準(zhǔn)輸入 10.10????ev.data.fd = STDOUT_FILENO; 11.11????ev.events = EPOLLOUT|EPOLLET;??????????????????????????????? //監(jiān)聽讀狀態(tài)同時(shí)設(shè)置LT模式 12.12????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, STDOUT_FILENO, &ev);??? //注冊(cè)epoll事件 13.13????for(;;) 14.14????{ 15.15????????nfds = epoll_wait(epfd, events, 5, -1); 16.16????????for(inti = 0; i < nfds; i++) 17.17????????{ 18.18????????????if(events[i].data.fd==STDOUT_FILENO) 19.19????????????{ 20.20????????????????printf('welcome to epoll's word!'); 21.21????????????????ev.data.fd = STDOUT_FILENO; 22.22????????????????ev.events = EPOLLOUT|EPOLLET;??????????????????????? //設(shè)置ET模式 23.23????????????????epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, STDOUT_FILENO, &ev);??? //重置epoll事件（ADD無效） 24.24????????????}??????????? 25.25????????} 26.26????} 27.27}

編譯并運(yùn)行，結(jié)果如下：

?

? ? ? 程序七相對(duì)于程序五在每次向標(biāo)準(zhǔn)輸出的buffer輸出”welcome to epoll's world！”后，重新MOD?OUT事件。所以相當(dāng)于每次都會(huì)返回就緒，導(dǎo)致程序循環(huán)輸出。

? ? ? 經(jīng)過前面的案例分析，我們已經(jīng)了解到，當(dāng)epoll工作在ET模式下時(shí)，對(duì)于讀操作，如果read一次沒有讀盡buffer中的數(shù)據(jù)，那么下次將得不到讀就緒的通知，造成buffer中已有的數(shù)據(jù)無機(jī)會(huì)讀出，除非有新的數(shù)據(jù)再次到達(dá)。對(duì)于寫操作，主要是因?yàn)镋T模式下fd通常為非阻塞造成的一個(gè)問題——如何保證將用戶要求寫的數(shù)據(jù)寫完。

? ? ? 要解決上述兩個(gè)ET模式下的讀寫問題，我們必須實(shí)現(xiàn)：

對(duì)于讀，只要buffer中還有數(shù)據(jù)就一直讀； 對(duì)于寫，只要buffer還有空間且用戶請(qǐng)求寫的數(shù)據(jù)還未寫完，就一直寫。

?ET模式下的accept問題

? ? ? 請(qǐng)思考以下一種場(chǎng)景：在某一時(shí)刻，有多個(gè)連接同時(shí)到達(dá)，服務(wù)器的?TCP?就緒隊(duì)列瞬間積累多個(gè)就緒連接，由于是邊緣觸發(fā)模式，epoll?只會(huì)通知一次，accept?只處理一個(gè)連接，導(dǎo)致?TCP?就緒隊(duì)列中剩下的連接都得不到處理。在這種情形下，我們應(yīng)該如何有效的處理呢？

? ? ? 解決的方法是：解決辦法是用?while?循環(huán)抱住?accept?調(diào)用，處理完?TCP?就緒隊(duì)列中的所有連接后再退出循環(huán)。如何知道是否處理完就緒隊(duì)列中的所有連接呢？?accept??返回?-1?并且?errno?設(shè)置為?EAGAIN?就表示所有連接都處理完。?

? ? ? 關(guān)于ET的accept問題，這篇博文的參考價(jià)值很高，如果有興趣，可以鏈接過去圍觀一下。

ET模式為什么要設(shè)置在非阻塞模式下工作

? ? ? 因?yàn)镋T模式下的讀寫需要一直讀或?qū)懼钡匠鲥e(cuò)（對(duì)于讀，當(dāng)讀到的實(shí)際字節(jié)數(shù)小于請(qǐng)求字節(jié)數(shù)時(shí)就可以停止），而如果你的文件描述符如果不是非阻塞的，那這個(gè)一直讀或一直寫勢(shì)必會(huì)在最后一次阻塞。這樣就不能在阻塞在epoll_wait上了，造成其他文件描述符的任務(wù)餓死。

epoll的使用實(shí)例

? ? ? 這樣的實(shí)例，網(wǎng)上已經(jīng)有很多了（包括參考鏈接），筆者這里就略過了。

小結(jié)

? ? ? ?LT：水平觸發(fā)，效率會(huì)低于ET觸發(fā)，尤其在大并發(fā)，大流量的情況下。但是LT對(duì)代碼編寫要求比較低，不容易出現(xiàn)問題。LT模式服務(wù)編寫上的表現(xiàn)是：只要有數(shù)據(jù)沒有被獲取，內(nèi)核就不斷通知你，因此不用擔(dān)心事件丟失的情況。

? ? ? ?ET：邊緣觸發(fā)，效率非常高，在并發(fā)，大流量的情況下，會(huì)比LT少很多epoll的系統(tǒng)調(diào)用，因此效率高。但是對(duì)編程要求高，需要細(xì)致的處理每個(gè)請(qǐng)求，否則容易發(fā)生丟失事件的情況。

? ? ??從本質(zhì)上講：與LT相比，ET模型是通過減少系統(tǒng)調(diào)用來達(dá)到提高并行效率的。

總結(jié)

? ? ? epoll使用的梳理與總結(jié)到這里就告一段落了。限于篇幅原因，很多細(xì)節(jié)都被略過了。后面參考給出的鏈接，強(qiáng)烈推薦閱讀。疏謬之處，萬望斧正！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux下的I/O复用与epoll详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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