epoll函数

本文深入解析epoll函数的工作原理及应用场景,包括epoll_create、epoll_ctl和epoll_wait三个核心函数的使用方法。通过示例代码,详细阐述了如何利用epoll进行高效的I/O事件处理,对比了边缘触发(ET)与水平触发(LT)两种模式的特点。

函数epoll

1. 函数epoll_creat: 该函数生成一个epoll专用的文件描述符

int epoll_creae(int size);

分析:

  • size:epoll上能关注的最大描述符数

 

2. epoll_ctl:用于控制某个epoll文件描述符事件,可以注册、修改、删除

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

参数:

1. efd:epoll_create函数的返回值

2. op:对该监听红黑树所做的操作

  • EPOLL_CTL_ADD:添加新的fd到epfd中
  • EPOLL_CTL_MOD:修改fd在监听红黑树的监听事件
  • EPOLL_CTL_DE:将一个fd从监听红黑树摘下

3. fd:待监听的fd

4. event:本质struct epoll_event 结构体地址

 1 typedef union epoll_data
 2 {
 3     void*       ptr;
 4     int         fd;  //对应监听的fd
 5     uint32_t    u32;
 6     uint64_t    u64;
 7 } epoll_data_t;
 8 
 9 struct epoll_event
10 {
11     uint32_t     events;  /* epoll事件 */
12     epoll_data_t data;    /* 用户数据 */
13 };

 

3. 等待IO事件发生 - 可以设置阻塞的函数

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

参数:

  • efds:epoll_create函数的返回值
  • events:传出参数【数组】满足监听条件的哪些fd结构体
  • maxevents:数组元素的总个数(1024) struct epoll_events [1024]:
  • timeout:

 

  • ET:边缘触发只有数据到来才触发,不管缓冲区是否还有数据(缓冲区剩余未读尽的数据的数据不会导致epoll_wait返回。新的时间满足,才会触发)
  • LT:水平触发 ---默认采用模式(缓冲区剩余未读尽的数据会导致epoll_wait返回。)

1. 测试代码:

 1 #include <errno.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <stdlib.h> 
 4 #include <stdio.h>
 5   
 6 #define MAXLINE 10
 7  
 8 int main(int argc, char *argv[])
 9 {
10     int efd, i;
11     int pfd[2];
12     pid_t pid;
13     char buf[MAXLINE],ch = 'a';
14     pipe(pfd);
15     pid = fork();
16  
17     if (pid == 0)  //子写 
18     {
19         close(pfd[0]); //关闭读
20         while (1)
21         {
22             for (i = 0; i < MAXLINE / 2; i++) //aaaa\n
23                 buf[i] = ch;
24             buf[i - 1] = '\n';
25             ch++;
26 
27             for (; i < MACLINE; i++) //bbbb\n
28                 buf[i] = ch;
29             buf[i - 1] = '\n';
30             ch++;
31  
32             write(pdf[1], buf, sizeof(buf)); //aaaa\nbbbb\n
33             sleep(5);
34         }
35         close(pfd[1]);
36     }
37     else if (pid < 0) //父进程读
38     {
39         struct epoll_event;
40         struct epoll_event resevent[10];
41         int res, len;
42  
43         close(pfd[1]); //关闭写
44         efd = epoll_create(10);
45  
46         //event.events = EPOLLIN | EPOLLET   // ET边沿触发
47         even.events = EPOLLIN;               // LT水平触发(默认)
48         event.data.fd = pfd[0];
49         epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, pfd[0], &event);
50  
51         while (1)
52         {
53             res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);
54             printf("res %d\n", res);
55             if (resevent[0].data.fd == pfd[0])
56             {
57                 len = read(pfd[0], buf, MACLINE/2);
58                 write(STDOUT_FILENO, buf, len);
59             }
60         }
61         close(pfd[pfd[0]);
62         close(efd);
63     }
64     else
65     {
66         perror("fork");
67         exit(-1);
68     }
69     return 0;
70 }

 

#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h>
  
#define MAXLINE 10
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int efd, i;
    int pfd[2];
    pid_t pid;
    char buf[MAXLINE],ch = 'a';
    pipe(pfd);
    pid = fork();
 
    if (pid == 0)  //子写 
    {
        close(pfd[0]); //关闭读
        while (1)
        {
            for (i = 0; i < MAXLINE / 2; i++) //aaaa\n
                buf[i] = ch;
            buf[i - 1] = '\n';
            ch++;

            for (; i < MACLINE; i++) //bbbb\n
                buf[i] = ch;
            buf[i - 1] = '\n';
            ch++;
 
            write(pdf[1], buf, sizeof(buf)); //aaaa\nbbbb\n
            sleep(5);
        }
        close(pfd[1]);
    }
    else if (pid < 0) //父进程读
    {
        struct epoll_event;
        struct epoll_event resevent[10];
        int res, len;
 
        close(pfd[1]); //关闭写
        efd = epoll_create(10);
 
        //event.events = EPOLLIN | EPOLLET   // ET边沿触发
        even.events = EPOLLIN;               // LT水平触发(默认)
        event.data.fd = pfd[0];
        epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, pfd[0], &event);
 
        while (1)
        {
            res = epoll_wait(efd, resevent, 10, -1);
            printf("res %d\n", res);
            if (resevent[0].data.fd == pfd[0])
            {
                len = read(pfd[0], buf, MACLINE/2);
                write(STDOUT_FILENO, buf, len);
            }
        }
        close(pfd[pfd[0]);
        close(efd);
    }
    else
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    return 0;
}

转载于:https://www.cnblogs.com/sunbines/p/10263749.html

<think>我们正在讨论Linux中的epoll函数。用户要求了解epoll的使用方法、原理以及详细解释。根据提供的引用,我们可以总结如下:epoll是Linux中用于I/O多路复用的机制,select和poll相比,它在处理大量文件描述符时具有更高的效率。epoll通过三个系统调用实现:`epoll_create`、`epoll_ctl`和`epoll_wait`。 1. **`epoll_create`**:创建一个epoll实例,返回一个文件描述符。参数`size`在较新的内核中已忽略,但必须大于0(为了兼容性)。 2. **`epoll_ctl`**:用于向epoll实例中添加、修改或删除要监视的文件描述符及其事件。参数包括:- `epfd`: `epoll_create`返回的文件描述符。- `op`:操作类型(添加、修改、删除),分别对应`EPOLL_CTL_ADD`、`EPOLL_CTL_MOD`、`EPOLL_CTL_DEL`。- `fd`:要操作的文件描述符(如要监视的socket)。- `event`:指向`epoll_event`结构的指针,指定要监视的事件和关联的数据。 3. **`epoll_wait`**:等待事件的发生。参数包括:- `epfd`: epoll实例的文件描述符。-`events`:用于返回发生事件的数组。-`maxevents`:数组的最大长度(一次最多返回的事件数)。-`timeout`:超时时间(毫秒),-1表示阻塞,0表示立即返回,>0表示超时时间。 epoll的原理: -使用红黑树来存储要监视的文件描述符,这样在添加、删除和查找操作时效率较高(O(log n))。-使用就绪链表来存储已经就绪的事件,当调用`epoll_wait`时,只需检查这个链表是否为空即可,而不需要遍历所有文件描述符。-当有事件发生时,内核会通过回调函数将对应的文件描述符加入到就绪链表中,因此`epoll_wait`返回时只需要将链表中的事件复制到用户空间即可。epoll有两种工作模式:- **水平触发(LT)**:默认模式。只要文件描述符处于就绪状态(如读缓冲区非空,写缓冲区有空位),`epoll_wait`就会返回该事件。如果用户没有处理完数据,下次调用`epoll_wait`时还会再次通知。- **边缘触发(ET)**:只有状态变化时才会通知。用户必须一次处理完所有数据,因为后续不会再通知,直到有新的状态变化。ET模式效率更高,但需要非阻塞I/O并循环读取直到EAGAIN错误。根据引用[4],epoll反应堆模型是一种更高级的使用方式,它通过回调机制将事件处理逻辑事件监视分离,提高程序的可扩展性。 接下来,我们将按照用户要求详细解释epoll的使用方法、原理,并给出示例代码。注意:在回答中,我们会引用提供的引用内容,并在引用段落末尾添加引用标识。</think>### Linux epoll 函数详解 #### 一、epoll 核心原理 epoll 是 Linux 高效 I/O 多路复用机制,其核心优势在于: 1. **红黑树管理描述符** - 使用红黑树存储监控的 fd($O(\log n)$ 时间复杂度) - 突破 select/poll 的 fd 数量限制(默认上限约 10 万)[^1][^3] 2. **就绪链表机制** - 内核通过回调函数将就绪 fd 加入链表 - `epoll_wait` 直接获取就绪链表,无需遍历所有 fd[^4] 3. **内存共享** - 内核用户空间共享内存区域,避免数据拷贝[^2] #### 二、核心函数详解 ```c #include <sys/epoll.h> ``` 1. **`epoll_create(int size)`** - 创建 epoll 实例,返回 epoll 文件描述符 - `size`:内核事件表初始大小(Linux 2.6.8 后自动调整) - 示例:`int epfd = epoll_create(1);` 2. **`epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)`** - 操作事件监听表: | 操作类型 | 宏定义 | 功能 | |------------------|---------------------|--------------------------| | 添加事件 | `EPOLL_CTL_ADD` | 注册新 fd 到红黑树 | | 修改事件 | `EPOLL_CTL_MOD` | 修改已注册 fd 的监听事件 | | 删除事件 | `EPOLL_CTL_DEL` | 从红黑树中删除 fd | - `epoll_event` 结构: ```c typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; // 目标文件描述符 uint32_t u32; uint64_t u64; } epoll_data_t; struct epoll_event { uint32_t events; // 监听事件集合 epoll_data_t data; // 用户数据 }; ``` - 事件标志: - `EPOLLIN`:数据可读 - `EPOLLOUT`:数据可写 - `EPOLLET`:边缘触发模式(默认水平触发) 3. **`epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)`** - 等待事件就绪: - `events`:输出参数,存储就绪事件数组 - `maxevents`:数组最大容量 - `timeout`:-1(阻塞)/0(非阻塞)/>0(超时毫秒) - 返回值:就绪 fd 数量 #### 三、工作模式对比 | 特性 | 水平触发(LT) | 边缘触发(ET) | |-----------------|-----------------------------------|-------------------------------------| | 触发条件 | 缓冲区有数据即触发 | 仅当 fd 状态变化时触发 | | 事件处理 | 可分批处理数据 | 必须一次性处理完所有数据 | | 代码复杂度 | 较低 | 需非阻塞 I/O + 循环读取 | | 性能 | 一般 | 更高(减少 epoll_wait 调用次数) | | 默认模式 | ✓ | 需显式设置 `EPOLLET` | **ET 模式关键代码**: ```c // 非阻塞读取直到 EAGAIN while((n = read(fd, buf, BUF_SIZE)) > 0) { process_data(buf, n); } if (n == -1 && errno == EAGAIN) { // 数据已读完 } ``` #### 四、epoll 反应堆模型 高级用法将事件处理抽象为: 1. 事件监听回调分离 2. 事件触发时自动调用预设回调函数 3. 通过 `epoll_data.ptr` 携带处理上下文[^4] ```c struct event_handler { int fd; void (*callback)(int fd, void* arg); }; // 注册回调 event_handler* h = malloc(sizeof(event_handler)); h->fd = sockfd; h->callback = &read_callback; ev.data.ptr = h; epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev); ``` #### 五、性能对比 $$ \text{时间复杂度} = \begin{cases} O(n) & \text{select/poll} \\ O(1) & \text{epoll(就绪 fd 比例恒定时)} \end{cases} $$ 当活跃连接数占比 $k$ 时,epoll 时间复杂度为 $O(k \cdot \log n)$,在 $k \ll n$ 时优势显著[^1][^3]。
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