Epoll詳解

epoll是Linux下多路複用IO接口select/poll的增強版本，它能顯著減少程序在大量併發連接中只有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。

 

 

一、epoll的優點

支持一個進程打開大數目的socket描述符。

IO效率不隨FD數目增加而線性下降。

 

二、epoll的使用

epoll有2種工作方式：LT和ET。 　　

LT（level triggered，水平觸發）是缺省的工作方式，並且同時支持block和no-block socket.在這種做法中，

內核告訴你一個文件描述符是否就緒了，然後你可以對這個就緒的fd進行IO操作。如果你不作任操作，

內核還是會繼續通知你的，所以，這種模式編程出錯誤可能性要小一點。傳統的select/poll都是這種模型

的代表。 　　

 

ET （edge-triggered，邊緣觸發）是高速工作方式，只支持no-block socket。在這種模式下，當描述符從未

就緒變爲就緒時，內核通過epoll告訴你。然後它會假設你知道文件描述符已經就緒，並且不會再爲那個文

件描述符發送更多的就緒通知，直到你做了某些操作導致那個文件描述符不再爲就緒狀態了（比如，你在

發送，接收或者接收請求，或者發送接收的數據少於一定量時導致了一個EWOULDBLOCK 錯誤）。但是

請注意，如果一直不對這個fd作IO操作（從而導致它再次變成未就緒），內核不會發送更多的通知

（only once）。

 

epoll相關的系統調用有3個：epoll_create, epoll_ctl和epoll_wait。在頭文件<sys/epoll.h>

 

1. int epoll_create(int size);

創建一個epoll句柄，即圖中的epfd, 用來監聽事件, size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。

這個參數不同於select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當創建好epoll句柄後，它就是會佔用一個fd值，所以在使用完epoll後，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。

 

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

參數op是操作類型, 使用這個方法完成3種操作:　

EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；

(1) 註冊新事件

struct epoll_event ev;
ev.data.fd = fd;
ev.events = EPOLLIN;
epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_ADD, fd, &ev);

 

(2) 修改監聽事件

  

struct epoll_event *a_event = get_a_event()
struct epoll_event ev;
ev.data.fd = a_event->data.fd;
ev.events = a_event->events | EPOLLOUT;
epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_MOD, a_event->data.fd, &ev);

 

 

(3) 刪除事件

 

struct epoll_event *a_event = get_a_event()
struct epoll_event ev;
ev.data.fd = a_event->data.fd;
epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_DEL, a_event->data.fd, &ev);

 

 

3種操作都使用了一個ev變量, 這個變量用來關聯fd和它的監聽事件, 是臨時的, 可以反覆使用.

ev是一個struct epoll_event結構體, 結構如下：

 

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可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這裏應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設爲邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。

注意多個socket可以設置不同的觸發模式
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裏

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

等待事件的產生, 把產生的事件存放到events數組裏, 如圖中所示, 調用epoll_wait後, 

fd 1和 fd 3和fd k產生了事件, 把它們分別存放到events[0], events[1], events[2]
參數epfd：epoll_create()函數返回的epoll句柄。

參數events：struct epoll_event結構指針，用來從內核得到事件的集合。

參數 maxevents：告訴內核這個events有多大

參數 timeout: 等待時的超時時間，以毫秒爲單位。

返回值：成功時，返回需要處理的事件數目。調用失敗時，返回0，表示等待超時。

 

 

三 epoll實例 -- 模擬HTTP服務器 

 

#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

#define MAX_EVENTS 10
#define PORT 8080

//設置socket連接爲非阻塞模式
void setnonblocking(int sockfd) {
    int opts;

    opts = fcntl(sockfd, F_GETFL);
    if(opts < 0) {
        perror("fcntl(F_GETFL)\n");
        exit(1);
    }
    opts = (opts | O_NONBLOCK);
    if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) {
        perror("fcntl(F_SETFL)\n");
        exit(1);
    }
}

int main(){
    struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
    int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n;
    struct sockaddr_in local, remote;
    char buf[BUFSIZ];

    //創建listen socket
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("sockfd\n");
        exit(1);
    }
    bzero(&local, sizeof(local));
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);;
    local.sin_port = htons(PORT);
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) {
        perror("bind\n");
        exit(1);
    }
    listen(listenfd, 20);

    epfd = epoll_create(MAX_EVENTS);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = listenfd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: listen_sock");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    for (;;) {
        nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
        if (nfds == -1) {
            perror("epoll_pwait");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (i = 0; i < nfds; ++i) {
            fd = events[i].data.fd;
            if (fd == listenfd) {
                conn_sock = accept(listenfd,
                        (struct sockaddr *) &remote, &addrlen);
                if (conn_sock == -1) {
                    perror("accept");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                setnonblocking(conn_sock);
                ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
                ev.data.fd = conn_sock;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                            &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: add");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
                continue;
            }
            if (events[i].events & EPOLLIN) {
                n = 0;
                while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) {
                    n += nread;
                }
                buf[n] = '\0';

                ev.data.fd = fd;
                ev.events = events[i].events | EPOLLOUT;
                if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) {
                    perror("epoll_ctl: mod");
                }
            }
            if (events[i].events & EPOLLOUT) {
                sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11);
                n = strlen(buf);
                if (write(fd, buf, n) < n) {
                    perror("write");
                }
                close(fd);
            }
        }
    }

    return 0;
}