多路复用epoll

epoll基本原理

• epoll 相对于 select 与 poll 有较大的不同，主要是针对前面两种多路复用 IO 接口的不足
  • 与 select/poll 方案对比
    • select 方案使用数组存储文件描述符，最大支持 1024
    • select 每次调用都需要将描述符集合拷贝到内核中,非常消耗资源
    • poll 方案解决文件描述符存储数量限制问题，但其他问题没有得到解决
    • select / poll 底层使用轮询的方式检测文件描述符是否就绪，文件描述符越多，则效率越低
    • epoll 底层使用红黑树，没有文件描述符数量的限制,并且可以动态增加与删除节点，不用重复拷贝
    • epoll 底层使用callback 机制,没有采用遍历所有描述符的方式，效率较高
      
• 下面以老师检查学生作业为例，来看两种方案
  • select/poll方案
    
  • epoll方案
    

epoll创建

• epoll 创建需要调用 epoll_create 函数,用于创建 epoll 实例
• 函数头文件
  • #include <sys/epoll.h>
• 函数原型
  • int epoll_create(int size);
• 函数功能
  • 创建一个 epoll 实例,分配相关的数据结构空间
• 函数参数
  • size: 需要填一个大于0的数，从 Linux 2.6.8 开始，size 参数被忽略
• 函数返回值
  • 成功 : 返回 epoll 文件描述符
  • 失败: 返回-1,并设置 errno

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>

int main(void){
        int fid = epoll_create(1);
        if(fid == -1){
                perror("[ERROR] epoll_create();");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("%d\n",fid);
        return 0;
}

epoll控制函数

• epoll 控制函数主要用于文件描述符集合的管理，包括增加、修改、删除等操作,具体需要调用 epoll_ctl 函数
• 函数详细信息如下:
  • 函数头文件
    • #include <sys/epoll.h>
  • 函数原型
    • int epoll _ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll event *event);
  • 函数参数
    • epfd : epoll 实例
    • op : epoll 操作命令字
    • fd: 操作的文件描述符
    • event : struct_epoll_event 结构体对象指针
• 相关参数具体说明
  • op 为 epoll 操作命令字，具体定义如下
    • EPOLL_CTL_ADD:在 epoll 实例中添加新的文件描述符(相当于添加到红黑树),并将事件链接到 fd
    • EPOLL CTL MOD: 更改与目标文件描述符fd相关联的事件
    • EPOLL_CTL_DEL : 从 epoll 实例中删除目标文件描述符 fd,事件参数被忽略
    • 在系统中定义如下：

#define EPOLL CTL ADD 1 /* Add a file descriptor to the interface.*/
#define EPOLL CTL DEL 2 /* Remove a file descriptor from the interface.*/
#define EPOLL CTL MOD 3 /* Change file descriptor epoll event structure. */

• struct_epoll_event 结构体定义如下

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 : epoll 事件，事件具体定义如下:
  • EPOLLIN : 读事件有效
  • EPOLLOUT: 写事件有效
  • EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式
• epoll_data 是一个共用体，主要使用 fd 成员用于存储文件描述符

epoll等待函数

• epoll 等待事件发生(关联的文件描述符就绪)这里调用 epoll_wait 函数

• epoll wait 函数具体信息如下:

  • 函数头文件
    • #include <sys/epoll.h>
  • 函数原型
    • int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout );
  • 函数功能
    • 等待文件描述符关联的事件发生
  • 函数参数
    • epfd: epoll 实例对象
    • events : 存储就绪集合的数组的地址
    • maxevents: 就绪集合的最大值
    • timeout: 超时时间
  • 函数返回值
    • 成功：返回就绪的文件描述符数量
      • 超时返回，0
    • 失败返回-1，并设置errno

• 等待用户输入数据，如果没有则打印 timeout,否则获取用户输入，并输出

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>

#define MAXEVENTS 10
int main(void){
        int fid = epoll_create(1);
        if(fid == -1){
                perror("[ERROR] epoll_create();");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("%d\n",fid);

        int ret;
        char buffer[64];
        struct epoll_event ev;
        struct epoll_event ret_ev[MAXEVENTS];
        ev.data.fd = 0;
        ev.events = EPOLLIN;
        ret = epoll_ctl(fid,EPOLL_CTL_ADD,0,&ev);
        if(ret == -1){
                perror("[ERROR] epoll_ctl():");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
        for(;;){
                ret = epoll_wait(fid,ret_ev,MAXEVENTS,1000);
                if(ret == -1){
                        perror("[ERROR] epoll_wait():");
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }else if(ret == 0){
                        printf("Timeout\n");
                }else if(ret > 0){
                        fgets(buffer,sizeof(buffer),stdin);
                        printf("buffer : %s\n",buffer);
                }
        }
        return 0;
}