I/O复用的方式之二poll和epoll

来自《Linux高性能服务器编程》

一，poll系统调用和select系统调用类似，也是在一段时间内轮询看文件描述符上是否有时间就绪。

poll的原型如下：

#include<poll.h>

int poll( struct pollfd * fds,nfds_t  nfds,int timeout);

fds是一个pollfd结构类型的数组，它指定所有我们感兴趣的文件描述符上发生的可读可写异常事件。pollfd结构体的定义如下：

struct  pollfd

{ int  fd;  //文件描述符

  short events;  //注册的事件（每个位表示一个事件，与事件按位与，就能知道发生了哪个事件）

  short reevents；  //实际发生的事件，由内核填充（通知应用程序fd上实际发生了哪些事件）

}；

poll支持的事件比较多，包括如下：

POLLIN	数据可读（包括普通数据和优先数据）
POLLRDNORM	普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带外数据可读（Linux不支持）
POLLPRI	高级优先级数据可读，比如tcp带外数据
POLLOUT	数据（包括普通数据和优先级数据）可写
POLLWRNORM	普通数据可写
POLLWRBAND	优先级带外数据可写
POLLRDHUP	TCP连接被对方关闭，或者对方关闭了写操作
POLLERR	错误码
POLLHUP	挂起，比如管道的写端被关闭后，该端描述符上将收到POLLHUP事件
POLNVAL	文件描述符没有打开

     

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nfds参数指定被监听事件集合fds的大小，类型nfds_t的定义如下：

typedef  unsigned  long  int  fnfds_n;

timeout指定超时时间，当timeout返回-1时，poll调用将永远阻塞，直到某个事件发生；当timeout返回为0时，poll调用将立即返回。

poll调用的返回值为就绪的文件描述符个数，返回0表示超时时间内没有文件描述符就绪，失败时返回-1. 

二，epoll是Linux特有的I/O复用，他在实现上和select和poll有很大差异。它使用一组函数完成任务，而不是单个函数。

为什么要epoll：select和poll有以下几点不足

每轮循环都需要从用户空间往内核空间拷贝数据；内核轮询检测索引就绪事件；I/O返回后需要遍历描述符找到有事件就绪的描述符。epoll解决了以上三个问题。

epoll把用户关心的文件描述符上的事件放在内核的一个事件表中，，从而无需像select和poll那样每次调用都要重复传入文件描述符集或事件集。但是epoll需要一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中的这个事件。这个文件描述符由epoll_create函数来创建：

#include<sys/epoll.h>

int  epoll_create(  int  size);//由于内核事件表是一个树，所以这个size的大小无意义；

下面的函数来操作内核事件表：

#include<sys/epoll.h>

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

fd是要操作的文件描述符，op参数指定操作类型，操作类型有如下三种：

EPOLL_CTL_ADD：往事件表中注册fd上的事件；

EPOLL_CTL_MOD:修改fd上注册的事件；

EPOLL_CTL_DEL:删除fd上注册的时事件；

event参数指定事件，他是epoll_event结构指针类型，定义如下：

struct   epoll_event

{

_uint32_t   events;  //epoll事件

epoll_data_t   data;   //用户数据

}；

epoll支持的事件类型与poll支持的事件类型基本相同，表示epoll事件的类型的宏就是在poll事件的宏前面加上E；但是epoll有两个额外的时间类型：EPOLLET和EPOLLONESHOT;

epoll_ctl成功时返回0，失败时返回-1.

epll体统调用的主要接口是epoll_wait函数，它在一段超时时间内等待一组文件描述符上的事件。原型如下：

#include<sys/epoll.h>

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

此函数成功返回就绪的文件描述符个数，失败时返回-1.

epfd指定内核事件表，maxevents参数指定最多监听的事件个数，必须大于零。events数组只用于输出epoll_wait检测到的就绪事件。

三，LT模式和ET模式

LT也叫电平触发模式，是默认的工作模式，在这种模式下epoll相当于一个效率较高的poll。当往epfd的内核事件表中注册一个EPOLLET事件时，epoll将以ET模式（边沿触发）来操作该文件描述符，ET模式是epoll的高效工作模式。select和poll都属于LT工作模式，epoll具有LT和ET两种模式。

简单来说，LT模式下，epoll_wait检测到文件描述符上面有事件就绪时，应用程序可以不立即处理该事件，这样，当应用程序下一次调用epoll_wait时，它还会向应用程序通知此事件，直到事件被处理为止。而ET模式下，epoll_wait将文件描述符上的就绪事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续epoll_wait将不再通知。

需要注意的是，ET模式的文件描述符应该是非阻塞的，如果文件描述符没有设置非阻塞，那么读或写操作将会因为没有后续事件而一直处于阻塞状态。设置非阻塞用fcntl。

四，三组I/O函数的比较

系统调用	select	poll	epoll
事件集合	用户通过三个参数分别传入感兴趣的可读可写异常事件，内核通过对这些函数的在线修改来反馈其中的就绪事件，这使得用户每次调用select都需要重置这三个参数	统一处理所有事件类型，因此只需要传入一个事件集参数用户通过pollfd.events传入感兴趣的事件，内核通过修改pollfd.events反馈其中就绪的事件。	内核通过一个事件表直接管理用户感兴趣的所有事件，因此每次调用epoll_wait时不需要反复传入。epoll_wait的events参数仅用来反馈就绪的事件。
应用程序索引就绪文件描述符的时间复杂度	O(ｎ)	O(ｎ)	O（1）
最大支持文件描述符数	一般有最大值限制	65535	65535
工作模式	LT	LT	支持ET高效模式
内核实现和工作效率	轮询检测就绪事件，O(ｎ)	轮询检测就绪事件，O(ｎ)	回调检测就绪事件， O（1）