epoll函数使用详解和 select的区别

最新推荐文章于 2024-09-29 11:33:57 发布

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文章标签： epoll

本文详细介绍了epoll在Linux网络编程中的应用，与select相比，epoll在处理大量监听事件时展现出更高的效率。文章阐述了epoll的三个关键函数及其用法，并通过一个完整的服务器端例子演示了如何使用epoll实现高效的事件监听。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

epoll - I/O event notification facility

在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。

epoll的接口非常简单，一共就三个函数：

    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。

    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，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。

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。

那么究竟如何来使用epoll呢？其实非常简单。
通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口，看哪一个可以读，哪一个可以写了。基本的语法为：

nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件范围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主逻辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环，遍利所有的事件。

几乎所有的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) //有新的连接  
             {  
                 connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接  
                 ev.data.fd=connfd;  
                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;  
                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中  
             }  
             else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据，读socket  
             {  
                 n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //读  
                 ev.data.ptr = md;     //md为自定义类型，添加数据  
                 ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;  
                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符，等待下一个循环时发送数据，异步处理的精髓  
             }  
             else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送，写socket  
             {  
                 struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取数据  
                 sockfd = md->fd;  
                 send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //发送数据  
                 ev.data.fd=sockfd;  
                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;  
                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符，等待下一个循环时接收数据  
             }  
             else  
             {  
                 //其他的处理  
             }  
         }  
     }

下面给出一个完整的服务器端例子：

    #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 namespace std;  
      
    #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;  
        }  
      
      
      
        //声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件  
      
        struct epoll_event ev,events[20];  
        //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符  
      
        epfd=epoll_create(256);  
        struct sockaddr_in clientaddr;  
        struct sockaddr_in serveraddr;  
        listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
        //把socket设置为非阻塞方式  
      
        //setnonblocking(listenfd);  
      
        //设置与要处理的事件相关的文件描述符  
      
        ev.data.fd=listenfd;  
        //设置要处理的事件类型  
      
        ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;  
        //ev.events=EPOLLIN;  
      
        //注册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事件的发生  
      
            nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);  
            //处理所发生的所有事件  
      
            for(i=0;i<nfds;++i)  
            {  
                if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口，建立新的连接。  
      
                {  
                    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;  
                    //设置用于读操作的文件描述符  
      
                    ev.data.fd=connfd;  
                    //设置用于注测的读操作事件  
      
                    ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;  
                    //ev.events=EPOLLIN;  
      
                    //注册ev  
      
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);  
                }  
                else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户，并且收到数据，那么进行读入。  
      
                {  
                    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;  
                    //设置用于写操作的文件描述符  
      
                    ev.data.fd=sockfd;  
                    //设置用于注测的写操作事件  
      
                    ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;  
                    //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT  
      
                    //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);  
      
                }  
                else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送  
      
                {  
                    sockfd = events[i].data.fd;  
                    write(sockfd, line, n);  
                    //设置用于读操作的文件描述符  
      
                    ev.data.fd=sockfd;  
                    //设置用于注测的读操作事件  
      
                    ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;  
                    //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN  
      
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);  
                }  
            }  
        }  
        return 0;  
    }

select和epoll的区别

select和epoll都用于监听套接口描述字上是否有事件发生，实现I/O复用

select（轮询）:

include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  
int select (int maxfdpl, fd_set* readset, fd_set* writeset, fd_set* exceptset, const struct timeval* timeout)

调用时轮询一次所有描述字，超时时再轮询一次。如果没有描述字准备好，则返回0；中途错误返回-1；有描述字准备好，则将其对应位置为1，其他描述字置为0，返回准备好的描述字个数。

fd_set:整数数组，每个数中的每一位对应一个描述字，其具体大小有内核的FD_SETSIZE（1024）决定。

    void FD_ZERO(fd_set* fdset);//clear all bits in fdset  
    void FD_SET(int fd, fd_set* fdset);//turn on the bit for fd in fdset  
    void FD_CLR(int fd, fd_set* fdset);//turn off the bit for fd in fdset  
    int FD_ISSET(int fd, fd_set* fdset);//is the bit for fd on in fdset

epoll（触发）

epoll对监听的每个fd都会有回调函数，当该fd上发生事件时，会调用对应的回调函数。

#include <sys/epoll.h>  
int epoll_create(int size);

系列函数：

创建函数：

创建一个epoll句柄，size-监听套接字的数。当创建好epoll句柄后，会占用一个fd值，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。

#include <sys/epoll.h>  
int epoll_create(int size);

事件注册函 数：

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

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监听事件，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 */   
    };

例子：

struct epoll_event ev;   
ev.data.fd=listenfd;  
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;   
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);

等待函数：

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

等待事件的产生，参数events用来从内核得到事件集合。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。
注意：某fd上发生事件后，其事件类型会被清空，所以如果下一个循环还要关注这个socket fd的话，则需要用epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,listenfd,&ev)来重新设置socket fd的事件类型。这时不用EPOLL_CTL_ADD,因为socket fd并未清空，只是事件类型清空。这一步非常重要。

实例：

    struct epoll_event ev, *events;  
      
    for(;;) {  
        nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);  
      
        for(n = 0; n < nfds; ++n) {  
           if(events[n].data.fd == listener) {  
              client = accept(listener, (struct sockaddr *) &local,  
                              &addrlen);  
              if(client < 0){  
                 perror("accept");  
                 continue;  
              }  
              setnonblocking(client);  
              ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;  
              ev.data.fd = client;  
              if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, client, &ev) < 0) {  
                  fprintf(stderr, "epoll set insertion error: fd=%d\n",  
                           client);  
                   return -1;  
              }  
           } else {  
              do_use_fd(events[n].data.fd);  
           }  
        }

对比：
select - 如果同时建立很多连接，但只有少数事件发生，这种轮询会造成效率很低；频繁从内核拷贝、复制描述字；监听描述字受限于内核的FD_SETSIZE；
epoll - 这种回调触发式操作会保证效率；不需要频繁的拷贝；监听描述字没有限止，只与系统资源有关；epoll返回时已经明确的知道哪个sokcet fd发生了事件，不用再一个个比对。

原文博客地址：http://blog.youkuaiyun.com/ctthunagchneg/article/details/9332943