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