【Linux】多路复用之—epoll-优快云博客

本文深入讲解epoll的工作原理，包括epoll_create、epoll_ctl、epoll_wait等关键API的使用方法，对比LT与ET模式的特点，并提供了一个简单的epoll服务器代码示例。

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一、多路复用之——epoll

int epoll_create(int size)；

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

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

1、epoll_create：创建一个epoll句柄，size参数可以忽略

当创建一个句柄后，会占用一个fd值，故在使用完后，要close(fd)。

2、epoll_ctl：注册要监听的事件类型

参数：（1）epfd：epoll_create的返回值；

（2）op：EPOLL_CTL_ADD 注册新fd到epfd中

EPOLL_CTL_MOD 修改已经注册的fd

EPOLL_CTL_DEL 从epfd中删除一个fd

（3）fd：要监听的fd；

（4）event：监听的事件；

struct epoll_event{

_uint32_t events；

epoll_data_t data；

}

typedef union epoll_data{

void* ptr；

int fd；

_uint32_t U32；

_uint64_t U64；

}

（5） events集合：

EPOLLIN：表示对应的文件描述符可以读；

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事件可读；

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；

EPOLLLT：将EPOLL设为水平触发模式；

EPOLLONESHOT：只监听一次事件；

3、epoll_wait：收集在epoll监控的事件中已经发生的事件

参数：（1）epfd：创建的epoll句柄；

（2）events：已分配好的epoll_events结构体，epoll会将发生的事件放到events中；

（3）maxevents：events的大小；

（4）timeout：NULL：没有timeout，一直阻塞等待知道某个事件发生；

0：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回；

特定值：等待timeout时间，如果没有发生，超时返回。

4、epoll的两种工作模式：

epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读、阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

epoll工作在LT模式的时候，在收到多个数据的时候仍然会产生多个事件，支持阻塞和非阻塞接口，这样，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以进行I/O，若你不做任何操作，内核还是会继续通知你的，错误率小。

ET与LT的区别在于，当一个新事件到来时，ET模式下当然可以从epoll_wait调用中获取到这个事件，可是如果这次没有把这个事件对应的套接字缓冲区处理完，在这个套接字中没有新事件到来时，ET模式下无法再次获取数据。但LT正好相反，只要一个事件对应的套接字缓冲区还有数据，就能够获取。

5、epoll模型的优点：

（1）使用内存映射（mmap）技术，避免用户到内存的拷贝；

（2）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时使得到通知；

（3）监视的文件描述符数量不受限制，它所支持的fd上限是最大可以打开文件的数目；

（4）I/O的效率不会随着fd数量的增加而下降，select、poll实现需要自己不断轮询所有fd集合，指到设备就绪，期间可能要睡眠和唤醒多次交替。而epoll其实也需要调用epoll_wait不断轮询就绪链表，期间也可能睡眠和唤醒多次交替，但是它是设备就绪时，调用回调函数，把就绪fd放入就绪链表中，并唤醒在epoll_wait中进入睡眠的进程。虽然都要睡眠和交替，但select和poll在“醒着”的时候要遍历整个fd集合，而epoll在“醒着”的时候只需要遍历就绪链表是否为空就行了。这节省了大量的CPU时间。这就是回调机制的性能提升。

代码示例：

epoll_server.c

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#define MAX_NUM 64
int startup(int port)
{
	int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(sock<0){
		perror("socket");
		exit(1);
	}
	struct sockaddr_in local;
	local.sin_family=AF_INET;
	local.sin_port=htons(port);
	local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){
		perror("bind");
		exit(2);
	}
	if(listen(sock,5)<0){
		perror("listen");
		exit(3);
	}
	return sock;
}
//set file descriptor for no blocking mode
void set_nonoblock(int _fd)
{
	int fl=fcntl(_fd,F_GETFL);
	if(fl<0){
		perror("fcntl");
		return;
	}
	fcntl(_fd,fl | O_NONBLOCK);
	return;
}
//recv data
int read_data(int _fd,char* buf,int len)
{
	ssize_t _size=-1;
	int total=0;
	while((_size=recv(_fd,buf+total,len-1,MSG_DONTWAIT))){
		if(_size>0){
			total+=_size;
		}else if(_size==0){//file end
			return 0;
		}else{
			return -1;
		}
	}
}
int main()
{
	short port=8080;
	int listen_sock=startup(port);
	struct sockaddr_in client;
	socklen_t len=sizeof(client);
	int epoll_fd=epoll_create(256);//create epoll handle
	int timeout=1000;
	if(epoll_fd<0){
		perror("epoll_create");
		exit(1);
	}
	struct epoll_event _ev;//save care fd
	_ev.events=EPOLLIN;
	_ev.data.fd=listen_sock;
	if(epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&_ev)<0){
		perror("epoll_ctl");
		goto LABLE;
	}
	struct epoll_event _ev_out[MAX_NUM];//save ready fd
	char buf[1024*5];
	memset(buf,'\0',sizeof(buf));
	int ready_num=-1;//save ready_fd num
	while(1){
		switch(ready_num=epoll_wait(epoll_fd,_ev_out,MAX_NUM,timeout)){
			case 0:
				printf("timeout\n");
				break;
			case -1:
				perror("epoll_wait");
				break;
			default:
				{
					int i=0;
					for(;i<ready_num;i++){
						int _fd=_ev_out[i].data.fd;
						//listen_sock
						if(_fd==listen_sock && (_ev_out[i].events & EPOLLIN)){
							int new_sock=accept(_fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
							if(new_sock<0){
								perror("accept");
								continue;
							}
							printf("get a new connect...\n");
							set_nonoblock(new_sock);
							_ev.events=EPOLLIN | EPOLLET;
							_ev.data.fd=new_sock;
							if(epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&_ev)<0){
								perror("epoll_ctl");
								close(new_sock);
								continue;
							}
							continue;
						}
						//data_sock
						if(_ev_out[i].events & EPOLLIN){
							if(read_data(_fd,buf,sizeof(buf))==0){
								printf("client close...");
								epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_DEL,_fd,NULL);
							}
							printf("%s\n",buf);
						}
					}
				}
				break;
		}
	}
LABLE:
	close(epoll_fd);
	return 0;
}

Makefile:

epoll_server:epoll_server.c
	gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -rf epoll_server