IO epoll

目录

• 概述
• 操作函数
  • create
  • ctl
  • wait
• 示例代码

 

---

目录

• 概述
• 操作函数
  • create
  • ctl
  • wait
• 示例代码

回到顶部

概述

epoll 全称 eventpoll，是 linux 内核实现IO多路转接/复用（IO multiplexing）的一个实现。
IO多路转接的意思是在一个操作里同时监听多个输入输出源，在其中一个或多个输入输出源可用的时候返回，
然后对其的进行读写操作。epoll是select和poll的升级版，相较于这两个前辈，epoll改进了工作方式，因此它更加高效。

• 对于待检测集合select和poll是基于线性方式处理的，epoll是基于红黑树来管理待检测集合的。
• select和poll每次都会线性扫描整个待检测集合，集合越大速度越慢，epoll使用的是回调机制，效率高，处理效率也不会随着检测集合的变大而下降
• select和poll工作过程中存在内核/用户空间数据的频繁拷贝问题，在epoll中内核和用户区使用的是共享内存（基于mmap内存映射区实现），省去了不必要的内存拷贝。
• 程序猿需要对select和poll返回的集合进行判断才能知道哪些文件描述符是就绪的，通过epoll可以直接得到已就绪的文件描述符集合，无需再次检测
• 使用epoll没有最大文件描述符的限制，仅受系统中进程能打开的最大文件数目限制

回到顶部

操作函数

#include <sys/epoll.h>
// 创建epoll实例，通过一棵红黑树管理待检测集合
int epoll_create(int size);
// 管理红黑树上的文件描述符(添加、修改、删除)
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
// 检测epoll树中是否有就绪的文件描述符
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

select/poll低效的原因之一是将“添加/维护待检测任务”和“阻塞进程/线程”两个步骤合二为一。
每次调用select都需要这两步操作，然而大多数应用场景中，需要监视的socket个数相对固定，并不需要每次都修改。
epoll将这两个操作分开，先用epoll_ctl()维护等待队列，再调用epoll_wait()阻塞进程（解耦）。
通过下图的对比显而易见，epoll的效率得到了提升。

create

epoll_create()函数的作用是创建一个红黑树模型的实例，用于管理待检测的文件描述符的集合。

int epoll_create(int size);

• 函数参数 size：在Linux内核2.6.8版本以后，这个参数是被忽略的，只需要指定一个大于0的数值就可以了。
• 函数返回值：
  失败：返回-1
  成功：返回一个有效的文件描述符，通过这个文件描述符就可以访问创建的epoll实例了

ctl

epoll_ctl()函数的作用是管理红黑树实例上的节点，可以进行添加、删除、修改操作。

// 联合体, 多个变量共用同一块内存        
typedef union epoll_data {
 	void        *ptr;
	int          fd;	// 通常情况下使用这个成员, 和epoll_ctl的第三个参数相同即可
	uint32_t     u32;
	uint64_t     u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
	uint32_t     events;      /* Epoll events */
	epoll_data_t data;        /* User data variable */
};
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

函数参数：

• epfd：epoll_create() 函数的返回值，通过这个参数找到epoll实例
• op：这是一个枚举值，控制通过该函数执行什么操作
  • EPOLL_CTL_ADD：往epoll模型中添加新的节点
  • EPOLL_CTL_MOD：修改epoll模型中已经存在的节点
  • EPOLL_CTL_DEL：删除epoll模型中的指定的节点
• fd：文件描述符，即要添加/修改/删除的文件描述符
• event：epoll事件，用来修饰第三个参数对应的文件描述符的，指定检测这个文件描述符的什么事件
  • events：委托epoll检测的事件
    • EPOLLIN：读事件, 接收数据, 检测读缓冲区，如果有数据该文件描述符就绪
    • EPOLLOUT：写事件, 发送数据, 检测写缓冲区，如果可写该文件描述符就绪
    • EPOLLERR：异常事件
  • data：用户数据变量，这是一个联合体类型，通常情况下使用里边的fd成员，用于存储待检测的文件描述符的值，在调用epoll_wait()函数的时候这个值会被传出。

函数返回值：

• 失败：返回-1
• 成功：返回0

wait

函数的作用是检测创建的epoll实例中有没有就绪的文件描述符。

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

函数参数：

• epfd：epoll_create() 函数的返回值, 通过这个参数找到epoll实例
• events：传出参数, 这是一个结构体数组的地址, 里边存储了已就绪的文件描述符的信息
• maxevents：修饰第二个参数, 结构体数组的容量（元素个数）
• timeout：如果检测的epoll实例中没有已就绪的文件描述符，该函数阻塞的时长, 单位ms 毫秒
  • 0：函数不阻塞，不管epoll实例中有没有就绪的文件描述符，函数被调用后都直接返回
  • 大于0：如果epoll实例中没有已就绪的文件描述符，函数阻塞对应的毫秒数再返回
  • -1：函数一直阻塞，直到epoll实例中有已就绪的文件描述符之后才解除阻塞
    函数返回值：
• 成功：
  • 等于0：函数是阻塞被强制解除了, 没有检测到满足条件的文件描述符
  • 大于0：检测到的已就绪的文件描述符的总个数
• 失败：返回-1

回到顶部

示例代码

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>

int main()
{
	printf("%s 向你问好!\n", "IOepoll");
	int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (lfd == -1)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}
	sockaddr_in saddr;
	saddr.sin_family = AF_INET;
	saddr.sin_port = htons(9999);
	saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

	int ret = bind(lfd, (sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
	if (ret == -1)
	{
		perror("bind error");
		return -1;
	}
	ret = listen(lfd, 128);
	if (ret == -1)
	{
		perror("listen error");
		return -1;
	}
	//创建epoll示例
	int epfd = epoll_create(1);
	if (epfd == -1)
	{
		perror("epoll_create error");
		return -1;
	}
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN;
	ev.data.fd = lfd;
	epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, lfd, &ev);
	struct epoll_event evs[1024];
	int size = sizeof(evs) / sizeof(evs[0]);
	while (1)
	{
		int num = epoll_wait(epfd, evs, size, -1);
		printf("num = %d \n", num);
		for (int i = 0; i < num; i++)
		{
			int fd = evs[i].data.fd;
			if (fd == lfd)
			{
				int cfd = accept(fd, NULL, NULL);
				//struct epoll_event ev;
				ev.events = EPOLLIN;
				ev.data.fd = cfd;
				//这一步会做拷贝，所以说ev用一个也是可以的
				epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, cfd, &ev);
			}
			else//通信的描述符
			{
				char buf[1024];
				int len = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
				if (len == -1)
				{
					perror("recv error");
					return -1;
				}
				else if (len == 0)
				{
					printf("client disconnect...\n");
					//先删除再做操作
					epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
					close(fd);
					break;
				}
				printf("read buf = %s \n", buf);
				for (int i = 0; i < len; i++)
				{
					buf[i] = toupper(buf[i]);
				}
				printf("after buf = %s \n", buf);
				ret = send(fd, buf, strlen(buf) + 1, 0);
				if (ret == -1)
				{
					perror("send error");
					return -1;
				}
			}
		}
	}
	close(lfd);
	return 0;
}