I/O复用之epoll
概述
epoll 是在 2.6 内核中提出的,是之前的 select() 和 poll() 的增强版本。相对于 select() 和 poll() 来说,epoll 更加灵活,没有描述符限制。epoll 使用一个文件描述符管理多个描述符,将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中,这样在用户空间和内核空间的 copy 只需一次。
epoll操作过程需要的四个接口函数
- #include <sys/epoll.h>
- 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);
- int close(int epfd);
int epoll_create(int size);
功能
该函数生成一个epoll专用的文件描述符(其余的接口函数一般都用使用这个专用的文件描述符)
参数:
size: 用来告诉内核这个监听的数目一共有多大,参数 size 并不是限制了 epoll 所能监听的描述符最大个数,只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。自从 Linux 2.6.8 之后,size 参数是被忽略的,也就是说可以填只有大于 0 的任意值。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
返回值:
成功:epoll 专用的文件描述符
失败:-1
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
功能:
epoll 的事件注册函数,它不同于 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
参数:
epfd: epoll 专用的文件描述符,epoll_create()的返回值
op: 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;
fd: 需要监听的文件描述符
event: 告诉内核要监听什么事件,struct epoll_event 结构如下:
- // 保存触发事件的某个文件描述符相关的数据(与具体使用方式有关)
- typedef union epoll_data {
- void *ptr;
- int fd;
- __uint32_t u32;
- __uint64_t u64;
- } epoll_data_t;
- // 感兴趣的事件和被触发的事件
- 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
返回值:
成功:0
失败:-1
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
功能:
等待事件的产生,收集在 epoll 监控的事件中已经发送的事件,类似于 select() 调用。
参数:
epfd: epoll 专用的文件描述符,epoll_create()的返回值
events: 分配好的 epoll_event 结构体数组,epoll 将会把发生的事件赋值到events 数组中(events 不可以是空指针,内核只负责把数据复制到这events 数组中,不会去帮助我们在用户态中分配内存)。
maxevents: maxevents 告之内核这个 events 有多大 。
timeout: 超时时间,单位为毫秒,为 -1 时,函数为阻塞
返回值:
成功:返回需要处理的事件数目,如返回 0 表示已超时。
失败:-1
epoll 对文件描述符的操作有两种模式:LT(level trigger)和 ET(edge trigger)。LT 模式是默认模式,LT 模式与 ET 模式的区别如下:
LT 模式:当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用 epoll_wait 时,会再次响应应用程序并通知此事件。
ET 模式:当 epoll_wait 检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用 epoll_wait 时,不会再次响应应用程序并通知此事件。
ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数,因此效率要比 LT 模式高。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
int close(int epfd);
在用完之后,记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄
epoll示例:
接下来我们epoll实现udp同时收发数据
- #include <string.h>
- #include <stdio.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <unistd.h>
- #include <sys/select.h>
- #include <sys/time.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <arpa/inet.h>
- #include <sys/epoll.h>
- int main(int argc,char *argv[])
- {
- int udpfd = 0;
- int ret = 0;
- struct sockaddr_in saddr;
- struct sockaddr_in caddr;
- bzero(&saddr,sizeof(saddr));
- saddr.sin_family = AF_INET;
- saddr.sin_port = htons(8000);
- saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
- bzero(&caddr,sizeof(caddr));
- caddr.sin_family = AF_INET;
- caddr.sin_port = htons(8000);
- //创建套接字
- if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
- {
- perror("socket error");
- exit(-1);
- }
- //套接字端口绑字
- if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)
- {
- perror("bind error");
- close(udpfd);
- exit(-1);
- }
- printf("input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");
- struct epoll_event event; // 告诉内核要监听什么事件
- struct epoll_event wait_event;
- int epfd = epoll_create(10); // 创建一个 epoll 的句柄,参数要大于 0, 没有太大意义
- if( -1 == epfd ){
- perror ("epoll_create");
- return -1;
- }
- event.data.fd = 0; // 标准输入
- event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
- // 事件注册函数,将标准输入描述符 0 加入监听事件
- ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
- if(-1 == ret){
- perror("epoll_ctl");
- return -1;
- }
- event.data.fd = udpfd; // 有名管道
- event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
- // 事件注册函数,将有udp描述符udpfd 加入监听事件
- ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, udpfd, &event);
- if(-1 == ret){
- perror("epoll_ctl");
- return -1;
- }
- while(1)
- {
- // 监视并等待多个文件(标准输入,udp套接字)描述符的属性变化(是否可读)
- // 没有属性变化,这个函数会阻塞,直到有变化才往下执行,这里没有设置超时
- ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, 2, -1);
- write(1,"UdpQQ:",6);
- if(ret == -1){ // 出错
- close(epfd);
- perror("epoll");
- }
- else if(ret > 0){ // 准备就绪的文件描述符
- char buf[100] = {0};
- if( ( 0 == wait_event.data.fd )
- && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ) ){ // 标准输入
- fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
- buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
- if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)
- {
- char ipbuf[16] = "";
- inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.
- printf("\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));
- continue;
- }
- else if(strcmp(buf, "exit")==0)
- {
- close(udpfd);
- exit(0);
- }
- sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));
- }
- else if( ( udpfd == wait_event.data.fd )
- && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN )){ //udp套接字
- struct sockaddr_in addr;
- char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";
- socklen_t addrlen = sizeof(addr);
- bzero(&addr,sizeof(addr));
- recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
- printf("\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);
- }
- }
- else if(0 == ret){ // 超时
- printf("time out\n");
- }
- }
- return 0;
- }