epoll - I/O event notification facility

在linux的網絡編程中，很長的時間都在使用select來做事件觸發。在linux新的內核中，有了一種替換它的機制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好處在于它不會隨著監聽fd數目的增長而降低效率。因為在內核中的select實現中，它是采用輪詢來處理的，輪詢的fd數目越多，自然耗時越多。并且，在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明：
#define __FD_SETSIZE??? 1024
表示select最多同時監聽1024個fd，當然，可以通過修改頭文件再重編譯內核來擴大這個數目，但這似乎并不治本。

epoll的接口非常簡單，一共就三個函數：
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。這個參數不同于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句柄后，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后，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么類型的事件，而是在這里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么事，struct epoll_event結構如下：

typedef union epoll_data {
?? ?void *ptr;
?? ?int fd;
?? ?__uint32_t u32;
?? ?__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
?? ?__uint32_t events; /* Epoll 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（這里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，這是相對于水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之后，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隊列里


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產生，類似于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的值不能大于創建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。


4、關于ET、LT兩種工作模式：
可以得出這樣的結論:
ET模式僅當狀態發生變化的時候才獲得通知,這里所謂的狀態的變化并不包括緩沖區中還有未處理的數據,也就是說,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出錯為止,很多人反映為什么采用ET模式只接收了一部分數據就再也得不到通知了,大多因為這樣;而LT模式是只要有數據沒有處理就會一直通知下去的.


那么究竟如何來使用epoll呢？其實非常簡單。
通過在包含一個頭文件#include <sys/epoll.h> 以及幾個簡單的API將可以大大的提高你的網絡服務器的支持人數。

首先通過create_epoll(int maxfds)來創建一個epoll的句柄，其中maxfds為你epoll所支持的最大句柄數。這個函數會返回一個新的epoll句柄，之后的所有操作將通過這個句柄來進行操作。在用完之后，記得用close()來關閉這個創建出來的epoll句柄。

之后在你的網絡主循環里面，每一幀的調用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)來查詢所有的網絡接口，看哪一個可以讀，哪一個可以寫了。基本的語法為：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd為用epoll_create創建之后的句柄，events是一個epoll_event*的指針，當epoll_wait這個函數操作成功之后，epoll_events里面將儲存所有的讀寫事件。max_events是當前需要監聽的所有socket句柄數。最后一個timeout是 epoll_wait的超時，為0的時候表示馬上返回，為-1的時候表示一直等下去，直到有事件范圍，為任意正整數的時候表示等這么長的時間，如果一直沒有事件，則范圍。一般如果網絡主循環是單獨的線程的話，可以用-1來等，這樣可以保證一些效率，如果是和主邏輯在同一個線程的話，則可以用0來保證主循環的效率。

epoll_wait范圍之后應該是一個循環，遍利所有的事件。

幾乎所有的epoll程序都使用下面的框架：

?? ?for( ; ; )
?? ?{
?? ??? ?nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
?? ??? ?for(i=0;i<nfds;++i)
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的連接
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept這個連接
?? ??? ??? ??? ?ev.data.fd=connfd;
?? ??? ??? ??? ?ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
?? ??? ??? ??? ?epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //將新的fd添加到epoll的監聽隊列中
?? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到數據，讀socket
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0?? ?//讀
?? ??? ??? ??? ?ev.data.ptr = md; ?? ?//md為自定義類型，添加數據
?? ??? ??? ??? ?ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
?? ??? ??? ??? ?epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改標識符，等待下一個循環時發送數據，異步處理的精髓
?? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有數據待發送，寫socket
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;?? ?//取數據
?? ??? ??? ??? ?sockfd = md->fd;
?? ??? ??? ??? ?send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );?? ??? ?//發送數據
?? ??? ??? ??? ?ev.data.fd=sockfd;
?? ??? ??? ??? ?ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
?? ??? ??? ??? ?epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改標識符，等待下一個循環時接收數據
?? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?else
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?//其他的處理
?? ??? ??? ?}
?? ??? ?}
?? ?}



下面給出一個完整的服務器端例子：

#include<iostream> #include <sys/socket.h> #include <sys/epoll.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> using namespacestd; #define MAXLINE 5 #define OPEN_MAX 100 #define LISTENQ 20 #define SERV_PORT 5000 #define INFTIM 1000 void setnonblocking(int sock) { ????int opts; ????opts=fcntl(sock,F_GETFL); ????if(opts<0) ????{ ????????perror("fcntl(sock,GETFL)"); ????????exit(1); ????} ????opts = opts|O_NONBLOCK; ????if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0) ????{ ????????perror("fcntl(sock,SETFL,opts)"); ????????exit(1); ????} } int main(int argc,char* argv[]) { ????int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber; ????ssize_t n; ????char line[MAXLINE]; ????socklen_t clilen; ????if ( 2 == argc ) ????{ ????????if((portnumber =atoi(argv[1]))< 0 ) ????????{ ????????????fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]); ????????????return 1; ????????} ????} ????else ????{ ????????fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]); ????????return 1; ????} ????//聲明epoll_event結構體的變量,ev用于注冊事件,數組用于回傳要處理的事件 ????struct epoll_event ev,events[20]; ????//生成用于處理accept的epoll專用的文件描述符 ????epfd=epoll_create(256); ????struct sockaddr_in clientaddr; ????struct sockaddr_in serveraddr; ????listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0); ????//把socket設置為非阻塞方式 ????//setnonblocking(listenfd); ????//設置與要處理的事件相關的文件描述符 ????ev.data.fd=listenfd; ????//設置要處理的事件類型 ????ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; ????//ev.events=EPOLLIN; ????//注冊epoll事件 ????epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); ????bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr)); ????serveraddr.sin_family = AF_INET; ????char *local_addr="127.0.0.1"; ????inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber); ????serveraddr.sin_port=htons(portnumber); ????bind(listenfd,(sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr)); ????listen(listenfd, LISTENQ); ????maxi = 0; ????for ( ; ; ){ ????????//等待epoll事件的發生 ????????nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500); ????????//處理所發生的所有事件 ????????for(i=0;i<nfds;++i) ????????{ ????????????if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新監測到一個SOCKET用戶連接到了綁定的SOCKET端口，建立新的連接。 ????????????{ ????????????????connfd = accept(listenfd,(sockaddr*)&clientaddr,&clilen); ????????????????if(connfd<0){ ????????????????????perror("connfd<0"); ????????????????????exit(1); ????????????????} ????????????????//setnonblocking(connfd); ????????????????char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr); ????????????????cout << "accapt a connection from "<< str << endl; ????????????????//設置用于讀操作的文件描述符 ????????????????ev.data.fd=connfd; ????????????????//設置用于注測的讀操作事件 ????????????????ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; ????????????????//ev.events=EPOLLIN; ????????????????//注冊ev ????????????????epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); ????????????} ????????????else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已經連接的用戶，并且收到數據，那么進行讀入。 ????????????{ ????????????????cout << "EPOLLIN"<< endl; ????????????????if ( (sockfd = events[i].data.fd)< 0) ????????????????????continue; ????????????????if ( (n =read(sockfd,line, MAXLINE))< 0) { ????????????????????if (errno == ECONNRESET){ ????????????????????????close(sockfd); ????????????????????????events[i].data.fd= -1; ????????????????????} else ????????????????????????std::cout<<"readline error"<<std::endl; ????????????????} else if (n== 0){ ????????????????????close(sockfd); ????????????????????events[i].data.fd= -1; ????????????????} ????????????????line[n]= '/0'; ????????????????cout << "read "<< line <<endl; ????????????????//設置用于寫操作的文件描述符 ????????????????ev.data.fd=sockfd; ????????????????//設置用于注測的寫操作事件 ????????????????ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET; ????????????????//修改sockfd上要處理的事件為EPOLLOUT ????????????????//epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); ????????????} ????????????else if(events[i].events&EPOLLOUT)// 如果有數據發送 ????????????{ ????????????????sockfd = events[i].data.fd; ????????????????write(sockfd,line, n); ????????????????//設置用于讀操作的文件描述符 ????????????????ev.data.fd=sockfd; ????????????????//設置用于注測的讀操作事件 ????????????????ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; ????????????????//修改sockfd上要處理的事件為EPOLIN ????????????????epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); ????????????} ????????} ????} ????return 0; }

客戶端直接連接到這個服務器就好了。。
引用：http://blog.chinaunix.net/u/16292/showart_1844376.html 《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

以上是生活随笔為你收集整理的epoll使用详解（精髓）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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