epoll 使用详解
2012-01-09 16:32 Haippy 阅读(45324) 评论(3) 编辑 收藏 举报epoll简介
epoll 是Linux内核中的一种可扩展IO事件处理机制，最早在 Linux 2.5.44内核中引入，可被用于代替POSIX select 和 poll 系统调用，并且在具有大量应用程序请求时能够获得较好的性能（ 此时被监视的文件描述符数目非常大，与旧的 select 和 poll 系统调用完成操作所需 O(n) 不同， epoll能在O(1)时间内完成操作，所以性能相当高），epoll 与 FreeBSD的kqueue类似，都向用户空间提供了自己的文件描述符来进行操作。
int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核需要监听的数目一共有多大。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。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，第一个参数是 epoll_create() 的返回值，第二个参数表示动作，使用如下三个宏来表示：
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。
当对方关闭连接(FIN), EPOLLERR，都可以认为是一种EPOLLIN事件，在read的时候分别有0，-1两个返回值。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
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。
EPOLL事件有两种模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET)：
LT(level triggered，水平触发模式)是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 non-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。
ET(edge-triggered，边缘触发模式)是高速工作方式，只支持no-block socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，等到下次有新的数据进来的时候才会再次出发就绪事件。
epoll 例子
我们将实现一个简单的TCP 服务器，该迷你服务器将会在标准输出上打印处客户端发送的数据，首先我们创建并绑定一个 TCP 套接字：
static int
create_and_bind (char *port)
{
struct addrinfo hints;
struct addrinfo *result, *rp;
int s, sfd;
memset (&hints, 0, sizeof (struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* Return IPv4 and IPv6 choices */
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; /* We want a TCP socket */
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; /* All interfaces */
s = getaddrinfo (NULL, port, &hints, &result);
if (s != 0)
{
fprintf (stderr, "getaddrinfo: %s\n", gai_strerror (s));
return -1;
}
for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next)
{
sfd = socket (rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol);
if (sfd == -1)
continue;
s = bind (sfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen);
if (s == 0)
{
/* We managed to bind successfully! */
break;
}
close (sfd);
}
if (rp == NULL)
{
fprintf (stderr, "Could not bind\n");
return -1;
}
freeaddrinfo (result);
return sfd;
}
create_and_bind() 包含了如何创建 IPv4 和 IPv6 套接字的代码块，它接受一字符串作为端口参数，并在 result 中返回一个 addrinfo 结构，
struct addrinfo
{
int ai_flags;
int ai_family;
int ai_socktype;
int ai_protocol;
size_t ai_addrlen;
struct sockaddr *ai_addr;
char *ai_canonname;
struct addrinfo *ai_next;
};
如果函数成功则返回套接字，如果失败，则返回 -1，
下面，我们将一个套接字设置为非阻塞形式，函数如下：
static int
make_socket_non_blocking (int sfd)
{
int flags, s;
flags = fcntl (sfd, F_GETFL, 0);
if (flags == -1)
{
perror ("fcntl");
return -1;
}
flags |= O_NONBLOCK;
s = fcntl (sfd, F_SETFL, flags);
if (s == -1)
{
perror ("fcntl");
return -1;
}
return 0;
}
接下来，便是主函数代码，主要用于事件循环：
#define MAXEVENTS 64
int
main (int argc, char *argv[])
{
int sfd, s;
int efd;
struct epoll_event event;
struct epoll_event *events;
if (argc != 2)
{
fprintf (stderr, "Usage: %s [port]\n", argv[0]);
exit (EXIT_FAILURE);
}
sfd = create_and_bind (argv[1]);
if (sfd == -1)
abort ();
s = make_socket_non_blocking (sfd);
if (s == -1)
abort ();
s = listen (sfd, SOMAXCONN);
if (s == -1)
{
perror ("listen");
abort ();
}
efd = epoll_create1 (0);
if (efd == -1)
{
perror ("epoll_create");
abort ();
}
event.data.fd = sfd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event);
if (s == -1)
{
perror ("epoll_ctl");
abort ();
}
/* Buffer where events are returned */
events = calloc (MAXEVENTS, sizeof event);
/* The event loop */
while (1)
{
int n, i;
n = epoll_wait (efd, events, MAXEVENTS, -1);
for (i = 0; i < n; i++)
{
if ((events[i].events & EPOLLERR) ||
(events[i].events & EPOLLHUP) ||
(!(events[i].events & EPOLLIN)))
{
/* An error has occured on this fd, or the socket is not
ready for reading (why were we notified then?) */
fprintf (stderr, "epoll error\n");
close (events[i].data.fd);
continue;
}
else if (sfd == events[i].data.fd)
{
/* We have a notification on the listening socket, which
means one or more incoming connections. */
while (1)
{
struct sockaddr in_addr;
socklen_t in_len;
int infd;
char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];
in_len = sizeof in_addr;
infd = accept (sfd, &in_addr, &in_len);
if (infd == -1)
{
if ((errno == EAGAIN) ||
(errno == EWOULDBLOCK))
{
/* We have processed all incoming
connections. */
break;
}
else
{
perror ("accept");
break;
}
}
s = getnameinfo (&in_addr, in_len,
hbuf, sizeof hbuf,
sbuf, sizeof sbuf,
NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);
if (s == 0)
{
printf("Accepted connection on descriptor %d "
"(host=%s, port=%s)\n", infd, hbuf, sbuf);
}
/* Make the incoming socket non-blocking and add it to the
list of fds to monitor. */
s = make_socket_non_blocking (infd);
if (s == -1)
abort ();
event.data.fd = infd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, infd, &event);
if (s == -1)
{
perror ("epoll_ctl");
abort ();
}
}
continue;
}
else
{
/* We have data on the fd waiting to be read. Read and
display it. We must read whatever data is available
completely, as we are running in edge-triggered mode
and won't get a notification again for the same
data. */
int done = 0;
while (1)
{
ssize_t count;
char buf[512];
count = read (events[i].data.fd, buf, sizeof buf);
if (count == -1)
{
/* If errno == EAGAIN, that means we have read all
data. So go back to the main loop. */
if (errno != EAGAIN)
{
perror ("read");
done = 1;
}
break;
}
else if (count == 0)
{
/* End of file. The remote has closed the
connection. */
done = 1;
break;
}
/* Write the buffer to standard output */
s = write (1, buf, count);
if (s == -1)
{
perror ("write");
abort ();
}
}
if (done)
{
printf ("Closed connection on descriptor %d\n",
events[i].data.fd);
/* Closing the descriptor will make epoll remove it
from the set of descriptors which are monitored. */
close (events[i].data.fd);
}
}
}
}
free (events);
close (sfd);
return EXIT_SUCCESS;
}
main() 首先调用 create_and_bind() 建立套接字，然后将其设置为非阻塞的，再调用 listen(2)。之后创建一个epoll 实例 efd（文件描述符），并将其加入到sfd的监听套接字中以边沿触发方式等待事件输入。
外层的 while 循环是主事件循环，它调用了 epoll_wait(2)，此时线程仍然被阻塞等待事件，当事件可用时，epoll_wait(2) 将会在events参数中返回可用事件。
epoll 实例 efd 在每次事件到来并需要添加新的监听时就会得到更新，并删除死亡的链接。
当事件可用时，可能有一下三种类型：
- Errors: 当错误情况出现时，或者不是与读取数据相关的事件通告，我们只是关闭相关的描述符，关闭该描述符会自动的将其从被epoll 实例 efd 监听的的集合中删除。
- New connections: 当监听的文件描述符 sfd 可读时，此时会有一个或多个新的连接到来，当新连接到来时，accept(2) 该连接，并打印一条信息，将其设置为非阻塞的并把它加入到被 epoll 实例监听的集合中。
- Client data: 当数据在客户端描述符可用时，我们使用 read(2) 在一个内部循环中每次读取512 字节数据。由于我们必须读取所有的可用数据，此时我们并不能获取更多的事件，因为描述符是以边沿触发监听的，读取的数据被写到 stdout (fd=1) (write(2))。如果 read(2) 返回 0，意味着到了文件末尾EOF，我们可以关闭客户端连接，如果返回 -1，
errno会被设置成EAGAIN, 这意味着所有的数据已经被读取，可以返回主循环了。
（全文完）
参考资料：
http://en.wikipedia.org/wiki/Epoll
https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/
http://blog.csdn.net/ljx0305/article/details/4065058
http://kovyrin.net/2006/04/13/epoll-asynchronous-network-programming/
