Linux I/O多路复用——epoll模型实现服务端Socket通信

最新推荐文章于 2025-07-07 11:48:43 发布

HerofH_

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分类专栏： Linux 网络编程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_28114615/article/details/88563216

本文详细介绍了Linux下I/O多路复用接口epoll的工作原理，包括epoll_create、epoll_ctl和epoll_wait等核心函数的使用，以及epoll的水平触发和边沿触发模式。同时，对比了epoll与select、poll的差异，强调在边沿触发模式下为何需要将套接字设置为非阻塞模式。

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为什么ET模式下，需要将套接字设置为非阻塞式？

epoll模型

epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本。
　　它能显著减少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，因为它不会复用文件描述符集合来传递结果而迫使开发者每次等待事件之前都必须重新准备要被侦听的文件描述符集合。
　　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，还提供了边沿触发（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。其中，以有可读数据事件为例，水平触发就是只要缓冲区中有数据，epoll_wait就会响应，就会返回；而边沿触发就是不管缓冲区中是否有数据，只有当有数据传来事件发生时，epoll_wait才会响应返回。

epoll函数

epoll中共有三个函数：

epoll_create

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。

epoll_ctl

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

需要注意的是，调用epoll_ctl函数时，会发现这里第三个参数和第四个参数都需要设置一个fd，这是为什么呢？按道理来说，如果都表示与监听事件相关联的文件描述符，那么只需设置一个就可以了，为什么还需要设置两个fd呢？

实际上，传入的第三个参数fd是真正意义上的与需要监听的事件相关联的文件描述符，发生的io事件也是在这个文件描述符上的；而第四个参数epoll_event中设置的fd意义则完全不一样了：这里的fd是放在成员联合体data中的，由于是联合体，说明最终epoll_event中fd肯定不是一种“属性”，它实际上是这个epoll_event对应的事件的一个标识，因为这里通过epoll_ctl传入的epoll_event，如果其对应的事件发生了，那么在epoll_wait返回的那个epoll_event就绪链表中肯定也会存在这个epoll_event，这里的fd就可以用来标识epoll_wait返回的epoll_event是不是当初epoll_ctl设置的那个epoll_event。

举个例子，你完全可以在调用epoll_ctl时，把epoll_event中的fd设置为任意一个独一无二的值比如说999，当epoll_wait返回时，你就可以遍历就绪链表，看哪一个epoll_event的fd为999，那么就说明这个就绪的epoll_event就是当初epoll_ctl设置的那个epoll_event。

epoll_wait

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。

程序流程

1.创建套接字，绑定，监听....

2.创建epoll_event 结构体，为epoll函数调用做准备；

3.创建epoll，调用epoll_creat函数，将返回的句柄用epfd保存；

4.为监听套接字lfd设置epoll_event结构体，设置相应的事件及描述符，将lfd插入到epoll树中，调用函数epoll_ctl()；

5.进入循环，调用epoll_wait()，e