Epoll总结

参考自 https://www.cnblogs.com/xuewangkai/p/11158576.html

　　https://blog.csdn.net/songchuwang1868/article/details/89877739

本文总结面试中常见问题

一 服务端的系统调用

int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
bind(s, ...)
listen(s, ...)//这三步固定的
 
int epfd = epoll_create(...);
epoll_ctl(epfd, ...); //将所有需要监听的socket添加到epfd中
 
while(1){//不断地拉取
    int n = epoll_wait(...)
    for(接收到数据的socket){
        //处理
    }
}

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。

注意：size参数只是告诉内核这个 epoll对象会处理的事件大致数目，而不是能够处理的事件的最大个数。在 Linux最新的一些内核版本的实现中，这个 size参数没有任何意义。因为内核会去动态扩容

创建一棵监听红黑树，本质是一棵平衡二叉树（红黑树），

返回值：成功指向新创建的红黑树的根节点fd；失败返回-1和errno

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

epoll的事件注册函数，epoll_ctl向 epoll对象中添加、修改或者删除感兴趣的事件，返回0表示成功，否则返回–1，此时需要根据errno错误码判断错误类型。

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。

epoll_wait方法返回的事件必然是通过 epoll_ctl添加到 epoll中的。

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 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

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。如果返回–1，则表示出现错误，需要检查 errno错误码判断错误类型。

第1个参数 epfd是 epoll的描述符。

第2个参数 events则是分配好的 epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件复制到 events数组中（events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个 events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存。内核这种做法效率很高）。

第3个参数 maxevents表示本次可以返回的最大事件数目，通常 maxevents参数与预分配的events数组的大小是相等的。

第4个参数 timeout表示在没有检测到事件发生时最多等待的时间（单位为毫秒），如果 timeout为0，则表示 epoll_wait在 rdllist链表中为空，立刻返回，不会等待。

二 epoll的工作方式

epoll的两种工作方式：1.水平触发（LT）2.边缘触发（ET） 
LT模式：若就绪的事件一次没有处理完要做的事件，就会一直去处理。即就会将没有处理完的事件继续放回到就绪队列之中（即那个内核中的链表），一直进行处理。 
ET模式：就绪的事件只能处理一次，若没有处理完会在下次的其它事件就绪时再进行处理。而若以后再也没有就绪的事件，那么剩余的那部分数据也会随之而丢失。 
由此可见：ET模式的效率比LT模式的效率要高很多。只是如果使用ET模式，就要保证每次进行数据处理时，要将其处理完，不能造成数据丢失，这样对编写代码的人要求就比较高。 
注意：ET模式只支持非阻塞的读写：为了保证数据的完整性。

三 epoll的工作原理

　　调用epoll_create时，内核除了帮我们在epoll文件系统里建了个file结点，在内核cache里建了个 红黑树 用于存储以后epoll_ctl传来的socket外，还会再建立一个list链表，用于存储准备就绪的事件.

当epoll_wait调用时，仅仅观察这个list链表里有没有数据即可。有数据就返回，没有数据就sleep，等到timeout时间到后即使链表没数据也返回。所以，epoll_wait非常高效。而且，通常情况下即使我们要监控百万计的句柄，大多一次也只返回很少量的准备就绪句柄而已，所以，epoll_wait仅需要从内核态copy少量的句柄到用户态而已.

那么，这个准备就绪list链表是怎么维护的呢？

当我们执行epoll_ctl时，除了把socket放到epoll文件系统里file对象对应的红黑树上之外，还会给内核中断处理程序注册一个回调函数，告诉内核，如果这个句柄的中断到了，就把它放到准备就绪list链表里。所以，当一个socket上有数据到了，内核在把网卡上的数据copy到内核中后就来把socket插入到准备就绪链表里了。

这里也说明了，就绪队列里都是客户端的socket的fd，所以我们在调用select的时候，拿到的是selectionKey，从selectionKey里拿到socket

网卡收到数据会调用中断程序，然后将数据打到某一个socket的输入缓冲区，同时cpu会唤醒处理该socket的进程

serverSocket的epoll_wait方法返回，拿到的就绪列表中就是一个个的客户端socket，数据就保存在socket的缓冲区中，此时serverSocket就可以进行读取操作了