驱动——epoll

最新推荐文章于 2024-11-25 10:00:00 发布

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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。并且，在linux/posix_types.h头文件有这样的声明：
#define __FD_SETSIZE 1024
表示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：
1. 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。

2. 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_data_t data;
};

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

3. 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。

4、关于ET、LT两种工作模式：
可以得出这样的结论:
ET模式仅当状态发生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,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.

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 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
 {
 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; }