epoll使用介绍

一、epoll原理

一个socket对应一个数据流，通过I/O操作中的read从流中读入数据，write向流中写入数据。当read时，socket流中没有数据的话，read阻塞，线程睡眠，CPU开始做其他的任务，流中有数据可读时，read返回。

在阻塞IO模式下，一个线程只能处理一个IO事件。如果处理多个事件，需要多线程或多进程，但是效率比较低。

1、如果采用非阻塞方式，需要不断轮训所有的流，假设共有N个socket流streams[N], 如下：

// busy poll
while True:
    for stream in streams[N]:
        if stream has data
            read all data

这种模式最大的缺点是，如果没有socket可读，也将一直占用CPU，浪费CPU时间。

2、为了解决这个问题，引入select，当streams[N]中有k(0 < k <= N)个socket流可操作时才返回，否则阻塞，释放CPU。

// select
while True:
    select(streams[N])            
    for stream in streams[N]:     
         if stream has data
             read all data

当streams[N]中没有数据时， 线程阻塞在select处，CPU处理其他任务。select返回时表示有k个流可操作，可是select并没有通知我们是那些流，因此我们需要轮询所有的N个流，

时间复杂度为O(N). 在N比较小时，这样处理ok，但是当连接数达到数万甚至几十万时(C10K问题)，select的轮询机制会导致效率低下。

3、epoll则解决了selec后的轮询。epoll会返回每个可操作的socket流以及这些流产生了那些IO事件。

// epoll
while True:
    active_streams[k] = epoll(streams[N])
    for stream in active_streams[k]
        deal all data

这样epoll将复杂度降低为O(1), 提高了效率[1], 解决了C10K问题。

 

二、epoll API介绍

1、int epoll_create(int size);

创建epoll描述符fd，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，但是Linux 2.6.8以后，这个参数已经弃用。

2、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *ev);

epfd: epoll_create 创建的描述符

op:

　　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；

通过epoll_add、epoll_del、epoll_mod可以实现对三个操作的封装：

 1 int event_add(int epollfd, int fd, int event)
 2 {
 3     struct epoll_event ev;
 4     ev.events = event;
 5     ev.data.fd = fd;
 6 
 7     return epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
 8 }
 9 
10 int event_del(int epollfd, int fd, int event)
11 {
12     struct epoll_event ev;
13     ev.events = event;
14     ev.data.fd = fd;
15 
16     return epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);
17 }
18 
19 int event_mod(int epollfd, int fd, int event)
20 {
21     struct epoll_event ev;
22     ev.events = event;
23     ev.data.fd = fd;
24 
25     return epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
26 }

fd: 需要监听的fd

ev：

//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

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

epoll_wait与select类似，等待事件的发生。events既是有IO发生的流对应的epoll event。maxevents表示监听的fd的最大个数。

timeout：超时事件，0表示立即返回，-1表示永久阻塞。

 

三、epoll使用

下面以简单的echo服务器，介绍epoll的使用。

echo服务器，接收client发送的字符串，然后原路返回。

  1 int main(void)
  2 {
  3     int listenfd = -1;
  4     int epollfd = -1;
  5     struct sockaddr_in svraddr;
  6     struct epoll_event events[EVENT_SIZE];
  7     int nready = 0;
  8     char buf[BUF_SIZE];
  9     int i = 0;
 10     int fd = 0;
 11 
 12     if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
 13     {
 14         perror("socket error");
 15         return -1;
 16     }
 17 
 18     memset(&svraddr, 0, sizeof(svraddr));
 19     svraddr.sin_family = AF_INET;
 20     svraddr.sin_port = htons(44888);
 21     svraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 22 
 23     if (bind(listenfd, (struct sockaddr* )&svraddr, sizeof(svraddr)) < 0)
 24     {
 25         perror("bind error");
 26         return -1;
 27     }
 28 
 29     if (listen(listenfd, 5) < 0)
 30     {
 31         perror("listen error");
 32         return -1;
 33     }
 34         
 35     if ((epollfd = epoll_create(EVENT_SIZE)) < 0)
 36     {
 37         perror("bind error");
 38         return -1;
 39     }
 40     event_add(epollfd, listenfd, EPOLLIN);
 41 
 42     printf("listen for sockets ...\n");
 43     while (1)
 44     {
 45         nready = epoll_wait(epollfd, events, EVENT_SIZE, -1);
 46         for (i = 0; i < nready; i++)
 47         {
 48             fd = events[i].data.fd;
 49             if ((fd == listenfd) && (events[i].events & EPOLLIN))
 50             {
 51                 do_accept(epollfd, listenfd);    
 52             }
 53             else if (events[i].events & EPOLLIN)
 54             {
 55                 do_read(epollfd, fd, buf, BUF_SIZE - 1);
 56             }
 57             else if (events[i].events & EPOLLOUT)
 58             {
 59                 do_write(epollfd, fd, buf, BUF_SIZE - 1);
 60             }
 61             else
 62             {
 63                 printf("unused fd %d, event %d", fd, events[i].events);
 64             }
 65         }
 66     }
 67 
 68     return 0;
 69 }
 70 
 71 int do_accept(int epollfd, int listenfd)
 72 {
 73     struct sockaddr_in cliaddr;
 74     int clifd = -1;
 75     socklen_t len = sizeof(cliaddr);
 76     if ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr* )&cliaddr, &len)) < 0)
 77     {
 78         perror("accept error");
 79         return -1;
 80     }
 81 
 82     printf("accept client: <%s:%d>\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), cliaddr.sin_port);
 83     // add client in read list
 84     event_add(epollfd, clifd, EPOLLIN);
 85 }
 86 
 87 int do_read(int epollfd, int fd, char* buf, int maxsize)
 88 {
 89     memset(buf, 0, maxsize);
 90     int nread = read(fd, buf, maxsize);
 91     if (nread <= 0)
 92     {
 93         if (nread == 0)
 94         {
 95             printf("client %d close socket.\n", fd);
 96         }
 97         else
 98         {
 99             printf("client %d read error\n", fd);
100         }
101         close(fd);
102         event_del(epollfd, fd, EPOLLIN);
103         return nread;
104     }
105 
106     printf("recv from client %d :%s", fd, buf);
107     // set read to write
108     event_mod(epollfd, fd, EPOLLOUT);
109 }
110 
111 int do_write(int epollfd, int fd, char* buf, int maxsize)
112 {
113     int nread = write(fd, buf, maxsize);
114     if (nread < 0)
115     {
116         printf("client %d write error\n", fd);
117         close(fd);
118         event_del(epollfd, fd, EPOLLIN);
119         return nread;
120     }
121 
122     printf("send to client %d :%s", fd, buf);
123     // set write to read
124     event_mod(epollfd, fd, EPOLLIN);
125 }

echo client，从终端输入字符串，然后发送给server，并接收server返回的字符串，答应到终端。

  1 int main(void)
  2 {
  3     int sockfd = -1;
  4     int epollfd = -1;
  5     struct sockaddr_in svraddr;
  6     struct epoll_event events[EVENT_SIZE];
  7     int nready = 0;
  8     char buf[BUF_SIZE];
  9     int i = 0;
 10     int fd = 0;
 11 
 12     if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
 13     {
 14         perror("socket error");
 15         return -1;
 16     }
 17 
 18     memset(&svraddr, 0, sizeof(svraddr));
 19     svraddr.sin_family = AF_INET;
 20     svraddr.sin_port = htons(44888);
 21     inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &svraddr.sin_addr);
 22 
 23     if (connect(sockfd, (struct sockaddr* )&svraddr, sizeof(svraddr)) < 0)
 24     {
 25         perror("connect error");
 26         return -1;
 27     }
 28     printf("connect to server: <127.0.0.1:44888>\n");
 29 
 30     if ((epollfd = epoll_create(EVENT_SIZE)) < 0)
 31     {
 32         perror("bind error");
 33         return -1;
 34     }
 35     event_add(epollfd, STDIN_FILENO, EPOLLIN);
 36 
 37     while (1)
 38     {
 39         nready = epoll_wait(epollfd, events, EVENT_SIZE, -1);
 40         //printf("EVENT SIZE %d\n", nready);
 41         for (i = 0; i < nready; i++)
 42         {
 43             fd = events[i].data.fd;
 44             if (events[i].events & EPOLLIN)
 45             {
 46                 //printf("IN EVENT %d:%d\n", fd, EPOLLIN);
 47                 do_read(epollfd, fd, sockfd, buf, BUF_SIZE - 1);
 48             }
 49             else if (events[i].events & EPOLLOUT)
 50             {
 51                 //printf("OUT EVENT %d:%d\n", fd, EPOLLOUT);
 52                 do_write(epollfd, fd, sockfd, buf, BUF_SIZE - 1);
 53             }
 54             else
 55             {
 56                 printf("unused fd %d, event %d", fd, events[i].events);
 57             }
 58         }
 59     }
 60 
 61     return 0;
 62 }
 63 
 64 int do_read(int epollfd, int fd, int sockfd, char* buf, int maxsize)
 65 {
 66     memset(buf, 0, maxsize);
 67     int nread = read(fd, buf, maxsize);
 68     if (nread <= 0)
 69     {
 70         if (nread == 0)
 71         {
 72             printf("client %d close socket.\n", fd);
 73         }
 74         else
 75         {
 76             printf("client %d read error\n", fd);
 77         }
 78         close(fd);
 79         event_del(epollfd, fd, EPOLLIN);
 80         return nread;
 81     }
 82 
 83     if (fd == STDIN_FILENO) // std input
 84     {
 85         printf("cli input %d: %s", fd, buf);
 86         event_add(epollfd, sockfd, EPOLLOUT);
 87     }
 88     else
 89     {
 90         printf("read from sock %d: %s", fd, buf);
 91         event_del(epollfd, sockfd, EPOLLIN);
 92         event_add(epollfd, STDOUT_FILENO, EPOLLOUT);
 93     }
 94 }
 95 
 96 int do_write(int epollfd, int fd, int sockfd, char* buf, int maxsize)
 97 {
 98     int nread = write(fd, buf, maxsize);
 99     if (nread < 0)
100     {
101         printf("client %d write error\n", fd);
102         close(fd);
103         event_del(epollfd, fd, EPOLLIN);
104         return nread;
105     }
106 
107     if (fd == STDOUT_FILENO)
108     {
109         printf("write to stdin %d: %s", fd, buf);
110         event_del(epollfd, fd, EPOLLOUT);
111     }
112     else
113     {
114         printf("write to sock %d: %s", fd, buf);
115         event_mod(epollfd, fd, EPOLLIN);
116     }
117 }

 

posted on 2015-10-04 20:02  ym65536  阅读(486)  评论(0)  编辑  收藏  举报