网络_高级IO_epoll

最新推荐文章于 2024-11-09 22:27:25 发布

Warrior_Harlan

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CC 4.0 BY-SA版权

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Warrior_Harlan/article/details/82320377

本文深入探讨了epoll的工作原理及优势，详细介绍了epoll的系统调用，并提供了水平触发模式下的epoll服务器编程实例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

为处理大批量句柄而做了改进的poll

epoll解决了poll，select实现不了的问题

epoll相关的系统调用

1.创建一个epoll的句柄

size可以被忽略，用完之后必须调用close（）关闭

2.epoll的事件注册函数

不同于select（）是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是先注册要监听的事件类型

epfd：epoll_create的返回值（epoll的句柄）

op:表示动作，用3个宏来表示

fd：需要监听的文件描述符

event：告诉内核需要监听什么事

op的取值：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

event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 (这⾥应该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) 来说的. EPOLLONESHOT：只监听⼀次事件, 当监听完这次事件之后, 如果还需要继续监听这个socket的话, 需要再次把

这个socket加入到EPOLL队列里

3.收集在epoll监控的事件中已经发送的事件

参数events是分配好的epoll_event结构体数组.

epoll将会把发⽣的事件赋值到events数组中 (events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去去帮助我们在⽤户态中分配内存).

maxevents告知内核这个events有多⼤，这个maxevents的值不能⼤于创建epoll_create()时的size.

参数timeout是超时时间 (毫秒，0会⽴即返回，-1是永久阻塞).

如果函数调⽤成功，返回对应I/O上已准备好的⽂件描述符数目，如返回0表⽰已超时, 返回⼩于0表示函数失败.

epoll的使用过程

1.调用epoll_create创建一个epoll句柄

2.调用epoll_ctl，将要监控的文件描述符进行注册

3.调用epoll_wait，等待文件描述符就绪

epoll的优点

1.文件描述符无上限

2.基于事件的就绪通知方式

3.维护就绪队列

4.内存映射机制

直到Linux2.6才出现了由内核直接支持的实现方法，那就是epoll，它几乎具备了之前所说的一切优点，被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法。

epoll可以同时支持水平触发和边缘触发（Edge Triggered，只告诉进程哪些文件描述符刚刚变为就绪状态，它只说一遍，如果我们没有采取行动，那么它将不会再次告知，这种方式称为边缘触发），理论上边缘触发的性能要更高一些，但是代码实现相当复杂。

epoll同样只告知那些就绪的文件描述符，而且当我们调用epoll_wait()获得就绪文件描述符时，返回的不是实际的描述符，而是一个代表就绪描述符数量的值，你只需要去epoll指定的一个数组中依次取得相应数量的文件描述符即可，这里也使用了内存映射（mmap）技术，这样便彻底省掉了这些文件描述符在系统调用时复制的开销。

另一个本质的改进在于epoll采用基于事件的就绪通知方式。在select/poll中，进程只有在调用一定的方法后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。

epoll的两种工作方式（水平触发LT和边缘触发ET）

默认模式就是LT模式

当epoll检测到socket上事件就绪的时候，可以不立即处理或者只处理一部分，直到缓冲区上的所有数据被处理完，epoll_wait才不会立即返回。支持阻塞读写和非阻塞读写。

边缘触发ET模式

在第一步将socket添加到epoll描述符的时候使用EPOLLET标志，epoll进入ET工作模式。

1）当epoll检测到socket上事件就绪时，必须立刻处理

2）在ET模式下，文件描述符上的事件就绪后，只有一次处理机会

3）ET的性能比LT高

4）支持非阻塞的读写

select和poll都在LT模式下，epoll可以在LT模式下，也可在ET模式下

epoll的使用场景

在一定的场景下使用，如果在不适宜的场景下使用效果可能适得其反

对于多连接，且多连接只有一部分连接比较活跃时，比较适合用epoll

编程实例：epoll服务器

水平触发--LT模式

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <sys/socket.h>
  5 #include <sys/epoll.h>
  6 #include <netinet/in.h>
  7 #include <arpa/inet.h>
  8 
  9 int main(int argc,char * argv[])
 10 {
 11     if(argc!=3)
 12     {
 13         printf("Usage ./sever [ip] [port]\n");
 14         return 1;
 15     }
 16 
 17     struct sockaddr_in addr;
 18     addr.sin_family=AF_INET;
 19     addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
 20     addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
 21 
 22     int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
 23     
 24     printf("24 socket%d\n",sock);
 25     if(sock<0)
 26     {
 27         perror("socket");
 28         return 1;
 29     }
 30 
 31     int ret=bind(sock,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
 32     if(ret<0){
 33         perror("bind");
 34         return 1;
 35     }
 36 
 37     ret=listen(sock,5);
 38     if(ret<0){
 39         perror("listen");
 40         return 1;
 41     }
 42     //创建epoll句柄
 43     int epoll_fd=epoll_create(10);
 44     if(epoll_fd<0)
 45     {
 46         perror("epoll_create");
 47         return 1;
 48     }
 49 
 50     struct epoll_event event;
 51     event.events=EPOLLIN;
 52     event.data.fd=sock;
 53 
 54     ret=epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,sock,&event);
 55     if(ret<0)
 56     {
 57         perror("epoll_ctl");
 58         return 1;
 59     }
 60 
 61     printf("59 socket%d\n",sock);
 62     while(1)
 63     {
 64         struct epoll_event events[10];
 65         //参数-1表示一直阻塞，直到状态改变
 66         ret=epoll_wait(epoll_fd,events,sizeof(events)/sizeof(events[0]),-1);
 67     printf("65 socket%d\n",sock);
 68         if(ret<0){
 69             perror("epoll_wait");
 70             continue;
 71         }
 72         if(ret==0){
 73             printf("time out!\n");
 74             continue;
 75         }
 76         int i=0;
 77         for(;i<ret;i++)
 78         {
 79             //当前的文件描述符不可读
 80             if(!(events[i].events&EPOLLIN))
 81             {
 82                 continue;
 83             }
 84             //socket就绪
 85             if(events[i].data.fd==sock)
 86             {
 87                 printf("enter socket ready\n");
 88                 struct sockaddr_in client;
 89                 socklen_t len=sizeof(client);
 90                 int connect_fd=accept(sock,(struct sockaddr*)&client,&len);
 91                 if(connect_fd<0)
 92                 {
 93                     perror("accept");
 94                     return;
 95                 }
 96                 printf("client %s:%d\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));
 97                 struct epoll_event env;
 98                 env.events=EPOLLIN;
 99                 env.data.fd=connect_fd;
100                 int res=epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,connect_fd,&env);
101                 if(res<0)
102                 {
103                     perror("epoll_ctl");
104                     return 1;
105                 }
106     printf("104 socket%d\n",sock);
107             }
108             else//处理connent
109             {
110                 printf("enter read ready!\n");
111                 char buf[1024]={0};
112                 printf("socket:%d\n",sock);
113                 ssize_t read_size=read(events[i].data.fd,buf,sizeof(buf)-1);
114                 if(read_size<0){
115                     perror("read");
116                     return 1;
117                 }
118                 if(read_size==0)
119                 {
120                     close(events[i].data.fd);
121                     epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_DEL,sock,NULL);
122                     printf("read done!\n");
123                     continue;
124                 }
125                 printf("client say:%s\n",buf);
126                 write(events[i].data.fd,buf,strlen(buf));
127             }
128         }
129     }
130     return 0;
131 }