epoll函数及原理

epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的epoll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。另一点原因就是获取事件的时候，它无须遍历整个被侦听的描述符集，只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发(Level Triggered)外，还提供了边缘触发(Edge Triggered)，这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。
epoll的接口如下：
1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll的 句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll 后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

1. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
   epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

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；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事件，struct epoll_event结构如下：
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. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个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将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

epoll的高效就在于，当我们调用epoll_ctl往里塞入百万个句柄时，epoll_wait仍然可以飞快的返回，并有效的将发生事件的句柄给我们用户。这是由于我们在调用epoll_create时，内核除了帮我们在epoll文件系统里建了个file结点，在内核cache里建了个红黑树用于存储以后epoll_ctl传来的socket外，还会再建立一个list链表，用于存储准备就绪的事件，当epoll_wait调用时，仅仅观察这个list链表里有没有数据即可。有数据就返回，没有数据就sleep，等到timeout时间到后即使链表没数据也返回。所以，epoll_wait非常高效。

而且，通常情况下即使我们要监控百万计的句柄，大多一次也只返回很少量的准备就绪句柄而已，所以，epoll_wait仅需要从内核态copy少量的句柄到用户态而已，如何能不高效？！

那么，这个准备就绪list链表是怎么维护的呢？当我们执行epoll_ctl时，除了把socket放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树上之外，还会给内核中断处理程序注册一个回调函数，告诉内核，如果这个句柄的中断到了，就把它放到准备就绪list链表里。所以，当一个socket上有数据到了，内核在把网卡上的数据copy到内核中后就来把socket插入到准备就绪链表里了。

如此，一颗红黑树，一张准备就绪句柄链表，少量的内核cache，就帮我们解决了大并发下的socket处理问题。执行epoll_create时，创建了红黑树和就绪链表，执行epoll_ctl时，如果增加socket句柄，则检查在红黑树中是否存在，存在立即返回，不存在则添加到树干上，然后向内核注册回调函数，用于当中断事件来临时向准备就绪链表中插入数据。执行epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。

最后看看epoll独有的两种模式LT和ET。无论是LT和ET模式，都适用于以上所说的流程。区别是，LT模式下，只要一个句柄上的事件一次没有处理完，会在以后调用epoll_wait时次次返回这个句柄，而ET模式仅在第一次返回。

这件事怎么做到的呢？当一个socket句柄上有事件时，内核会把该句柄插入上面所说的准备就绪list链表，这时我们调用epoll_wait，会把准备就绪的socket拷贝到用户态内存，然后清空准备就绪list链表，最后，epoll_wait干了件事，就是检查这些socket，如果不是ET模式（就是LT模式的句柄了），并且这些socket上确实有未处理的事件时，又把该句柄放回到刚刚清空的准备就绪链表了。所以，非ET的句柄，只要它上面还有事件，epoll_wait每次都会返回。而ET模式的句柄，除非有新中断到，即使socket上的事件没有处理完，也是不会次次从epoll_wait返回的。

epoll使用实例（从客户端收取消息）：

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <poll.h>
#include <sys/epoll.h>

#define SIZE 100


int start_up(sockaddr_in &addr){

    int socketi = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketi < 0){
        printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    int flag = bind(socketi, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if (flag < 0){
        printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
        exit(2);
    }

    flag = listen(socketi, 5);
    if (flag < 0){
        printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
        exit(2);
    }
    return socketi;
}//start_up



int main(int argc, char *argv[]){

    if (argc < 3 ){
        perror("can su error");
        exit(0);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    bzero(&addr, sizeof(addr));
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    addr.sin_family = PF_INET;


    int socketi = start_up(addr);
    /////////////////////////////////

    int epfd = epoll_create(1024);
    if (epfd < 0){
        perror("epfd error");
        exit(4);
    }
    struct epoll_event event;
    event.events = EPOLLIN;
    event.data.fd = socketi;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD,  socketi,  &event) < 0){
        printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
        exit(6);
    }

    int maxevents = 1;
    int timeout = 2000;

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t addr_len = sizeof(client);

    char buf[100] = {0};
    while (1){

           struct epoll_event things[SIZE];
           int ret = epoll_wait(epfd, things, maxevents, timeout);

            for ( int i = 0; i < ret; i++){

                if (things[i].data.fd == socketi){

                        int connfd = accept(socketi,(sockaddr*)&client, &addr_len);
                        if (connfd < 0){
                            printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
                            continue;
                        }//if
                        event.data.fd = connfd;

                        if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD,connfd,  &event) < 0){
                            printf("%d, %s\n", errno, strerror(errno));
                            close(connfd);
                        }
                        maxevents++;
                        printf("加入一个\n");
                        continue;
                }//if


                ssize_t size = read(things[i].data.fd, buf, 20);
                if (size <= 0){
                    event.data.fd = things[i].data.fd;
                   if ( epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, things[i].data.fd, &event) < 0){
                        printf("del error\n");
                   }

                    maxevents--;
                    printf("client is quit\n");
                }//if

                else{
                    printf("client:%s\n", buf);
                }//else

            }//for




    }//while





    return 0;
}//main

以上信息参考：
http://blog.chinaunix.net/uid-24517549-id-4051156.html
http://blog.youkuaiyun.com/hdutigerkin/article/details/7517390
http://www.cnblogs.com/panfeng412/articles/2229095.html
http://blog.chinaunix.net/uid-17299695-id-3059110.html