本文深入解析了Linux下Epoll的工作原理及其与Select、Poll的区别。Epoll作为一种高效的I/O复用技术，支持大量文件描述符的高效管理，适用于高并发场景。
在linux网络编程中,很长的时间都是用select来做事件触发.在linux新内核中,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数据数据越多,自然耗时就越多.
epoll的接口三个函数
1) int epoll_create(int size);
创建一个epoll句柄,size用来告诉内核这个监听的数据一共有多大.
需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它会占用一个fd值,在使用完epoll后,必须调用close关闭,否则可能导致fd被耗尽.
2) int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event);
epoll注册函数,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_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 */
- };
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
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设为边缘触发模式(Edge Triggered).这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的
EPOLLONSHOT:只监听一次,当监听玩这次事件之后,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WPOLL队列里
3) int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event *events,int maxevents,int timeout);
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.
关于ET.LT两种工作模式
ET模式仅当状态发送变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说.如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止.很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多是因为这样.
而LT模式就是只要有数据没有处理就会一直通知下去.
epoll模型
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。
- #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;
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int maxi,listenfd,connfd,sockfd,epfd,nfds;
- ssize_t n;
- char line[100];
- listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
- //声明epoll_event结构体变量,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];
- epfd = epoll_create(256);
- ev.date.fd = listenfd;
- ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
- epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); //注册epoll事件
- struct sockaddr_in serveraddr;
- bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
- char *local_addr ="127.0.0.1";
- inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));
- serveraddr.sin_port=htons(8888);
- bind(listenfd,(sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr));
- listen(listenfd,LISTENQ);
- maxi=0;
- for(;;)
- {
- //等待epoll事件发生
- nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
- //处理发生的所有事件
- for(int 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,建立新连接
- {
- struct sockaddr_in clientaddr;
- socketlen_t clilen;
- connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr,&clilen);
- char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
- cout <<"accept a connection from "<<str<<endll;
- ev.data.fd = connfd;
- ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
- epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
- }
- else if(events[i].events & EPOLLIN) //如果是以连接的用户,并且收到数据,那么进行读入
- {
- sockfd = events[i].data.fd;
- n = read(sockfd,line,100);
- line[n] = '\0';
- cout <<"read msg :"<<line<<endl;
- ev.data.fd = sockfd;
- ev.events = EPOLLOUT|EPOLLEN;
- epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
- }
- else if(events[i].events&EPOLLOUT)
- {
- sockfd = events[i].data.fd;
- write(sockfd,line,n);
- ev.data.fd = sockfd;
- ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
- epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
- }
- }
- }
- return 0;
- }
#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;
int main(int argc,char *argv[])
{
int maxi,listenfd,connfd,sockfd,epfd,nfds;
ssize_t n;
char line[100];
listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//声明epoll_event结构体变量,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];
epfd = epoll_create(256);
ev.date.fd = listenfd;
ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); //注册epoll事件
struct sockaddr_in serveraddr;
bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
char *local_addr = "127.0.0.1";
inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));
serveraddr.sin_port=htons(8888);
bind(listenfd,(sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr));
listen(listenfd,LISTENQ);
maxi=0;
for(;;)
{
//等待epoll事件发生
nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
//处理发生的所有事件
for(int 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,建立新连接
{
struct sockaddr_in clientaddr;
socketlen_t clilen;
connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr,&clilen);
char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
cout <<"accept a connection from "<<str<<endll;
ev.data.fd = connfd;
ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
}
else if(events[i].events & EPOLLIN) //如果是以连接的用户,并且收到数据,那么进行读入
{
sockfd = events[i].data.fd;
n = read(sockfd,line,100);
line[n] = '\0';
cout <<"read msg :"<<line<<endl;
ev.data.fd = sockfd;
ev.events = EPOLLOUT|EPOLLEN;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
}
else if(events[i].events&EPOLLOUT)
{
sockfd = events[i].data.fd;
write(sockfd,line,n);
ev.data.fd = sockfd;
ev.events = EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
}
}
}
return 0;
}
epoll和select,poll区别
1. 支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)
select最不能忍受的是一个进程所打开的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE设置，默认值是2048。对于那些需要支持的上万连接数目的IM服务器来说显然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译内核，不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降
2. IO效率不随FD数目增加而线性下降
传统的select/poll另外一个致命弱点就是当你拥有一个很大的socket集合，不过由于网络延时，任一时间只有部分socket是“活跃”的，但是select/poll每次调用都会线性扫描全部的集合，导致效率呈线性下降。但是epoll不存在这个问题，它只会对“活跃”的socket进行操作——这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。
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。
3. 使用mmap加速内核与用户空间的消息传递
无论是select，poll还是epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存拷贝就很重要，在这点上，epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的
4. 内核微调
这一点其实不算epoll的优点了，而是整个Linux平台的优点.
扫一扫
3498
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
