epoll 解析
來源：程序員人生 發布時間：2015-02-06 09:12:47 閱讀次數：2966次
概述
epoll 實際上是
poll 的1種改進，它可以處理大批量的句柄。而 poll 又是select 的1種改進。在select 中對所打開的文件描寫符個數有1定的限制，該限制由
FD_SETSIZE 設置（1般為 1024 或 2048）， 而且內核中的
select 的實現是采取輪詢來處理描文件描寫符集，因此效力低。當文件描寫符集中的某個描寫符處于可讀、可寫或異常狀態時，select 采取內存拷貝方法通知用戶空間。因此， 在select 模型中文件描寫符個數受限且效力低的問題就很明顯。為了解決select
對文件描寫符個數的限制，采取了 poll 模型，但是
poll 仍然不能解決 select 的效力問題。所以，終究epoll 模型重新對poll 模型進行改進 。
epoll 的優點以下所示：
- 處理大批量文件句柄：1個進程可以處理大批量的文件句柄，可處理文件描寫符的個數遠大于 2048；
- 高效力：內核實現中 epoll 是根據每一個描寫符上面的回調函數實現的，并且只有處于活動狀態的套接字才會主動調用該回調函數，其他不活動的套接字其實不會去調用，因此，epoll 沒必要掃描全部文件描寫符集，只需要掃描處于活動狀態的文件描寫符。所有大大減低了效力。
- 加快內核與用戶的消息傳遞：epoll 是通過內核與用戶空間mmap 同1塊內存實現內核與用戶之間消息的傳遞。
- 內核微調：可以根據運行時所需內存動態調劑內存大小。
epoll 系統調用
調用函數 epoll_create 創建
epoll 文件描寫符，該函數原型以下：
/* epoll 系統調用函數 */
#include <sys/epoll.h>
/*
* 函數功能：創建epoll文件描寫符；
* 返回值：若成功則返回新創建的文件描寫符；
* 函數原型：
*/
int epoll_create(int size);
/*
* 參數size是epoll的最大文件描寫符個數；
* 在新的系統內核中size已不被使用；
*/
當創建好
epoll 文件描寫符以后，接下來對需要監聽的相干套接字描寫符進行操作，由
epoll 操作函數
epoll_ctl 實現，其原型以下：
/*
* 函數功能：操作某個epoll文件描寫符；
* 返回值：若成功則返回0，否則出錯返回⑴；
* 函數原型：
*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
/*
* 參數：
* epfd：由epoll_create創建的epoll文件描寫符；
* fd：是關聯的文件描寫符；
* op：是操作方式，有以下3種操作方式：
* EPOLL_CTL_ADD 將fd注冊到epfd中；
* EPOLL_CTL_MOD 修改已在epfd中注冊的fd事件；
* EPOLL_CTL_DEL 將fd從epfd中刪除；
*
* event：指向struct epoll_event 結構，表示需要監聽fd的某種事件；
*/
/* struct epoll_event 結構體定義以下 */
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 */
};
/*
* 其中events有以下的取值：
* EPOLLIN 表示對應的文件描寫符可讀；
* EPOLLOUT 表示對應的文件描寫符可寫；
* EPOLLPRI 表示對應的文件描寫符有緊急數據可讀；
* EPOLLERR 表示對應的文件描寫符產生毛病；
* EPOLLHUP 表示對應的文件描寫符被掛載；
* EPOLLET 表示將EPOLL設置為邊沿觸發模式(Edge Triggered)；
* EPOLLONESHOT 表示只監聽1次事件，當監聽此次事件完成，若想繼續監聽，則需再次把該套接字描寫符加入到EPOLL隊列中；
*/
例如：
struct epoll_event ev;
/* 設置與要處理的事件相干的文件描寫符 */
ev.data.fd=listenfd;
/* 設置要處理的事件類型 */
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
/* 注冊epoll事件 */
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
經過上面的操作以后，等待某些事情的產生由函數
epoll_wait 實現，其原型以下：
/*
* 函數功能：搜集在epoll監聽事件中已產生的事件；
* 返回值：若成功則返回所產生的事件數，否則出錯返回⑴；
* 函數原型：
*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
/*
* 參數：
* epfd：由epoll_create創建的epoll文件描寫符；
* events：指向epoll_event結構體，用于保存已產生的事件；
* maxevents：每次能處理的最大事件數；
* timeout：等待IO 事件產生的超時時間：⑴相當于阻塞，即不會立即返回；0相當于非阻塞，即立即返回；
*/
epoll 工作模式
epoll 有兩種工作模式：
- LT(level triggered)：水平觸發是缺省的工作方式，并且同時支持block 和no-block socket。內核告知你1個文件描寫符是不是就緒了，可以對這個就緒的fd
進行IO操作。若不進行任何操作，內核還是會繼續通知。
- ET(edge-triggered)：邊沿觸發是高速工作方式，僅當狀態產生變化時才取得通知。用戶收到1次通知后能夠完全地處理事件，內核不再通知這1事件。
具體實例可參考文章：How to use epoll? A complete example in C
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <errno.h>
#define MAXEVENTS 64
static int
make_socket_non_blocking (int sfd)
{
int flags, s;
flags = fcntl (sfd, F_GETFL, 0);
if (flags == ⑴)
{
perror ("fcntl");
return ⑴;
}
flags |= O_NONBLOCK;
s = fcntl (sfd, F_SETFL, flags);
if (s == ⑴)
{
perror ("fcntl");
return ⑴;
}
return 0;
}
static int
create_and_bind (char *port)
{
struct addrinfo hints;
struct addrinfo *result, *rp;
int s, sfd;
memset (&hints, 0, sizeof (struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_UNSPEC; /* Return IPv4 and IPv6 choices */
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; /* We want a TCP socket */
hints.ai_flags = AI_PASSIVE; /* All interfaces */
s = getaddrinfo (NULL, port, &hints, &result);
if (s != 0)
{
fprintf (stderr, "getaddrinfo: %s
", gai_strerror (s));
return ⑴;
}
for (rp = result; rp != NULL; rp = rp->ai_next)
{
sfd = socket (rp->ai_family, rp->ai_socktype, rp->ai_protocol);
if (sfd == ⑴)
continue;
s = bind (sfd, rp->ai_addr, rp->ai_addrlen);
if (s == 0)
{
/* We managed to bind successfully! */
break;
}
close (sfd);
}
if (rp == NULL)
{
fprintf (stderr, "Could not bind
");
return ⑴;
}
freeaddrinfo (result);
return sfd;
}
int
main (int argc, char *argv[])
{
int sfd, s;
int efd;
struct epoll_event event;
struct epoll_event *events;
if (argc != 2)
{
fprintf (stderr, "Usage: %s [port]
", argv[0]);
exit (EXIT_FAILURE);
}
sfd = create_and_bind (argv[1]);
if (sfd == ⑴)
abort ();
s = make_socket_non_blocking (sfd);
if (s == ⑴)
abort ();
s = listen (sfd, SOMAXCONN);
if (s == ⑴)
{
perror ("listen");
abort ();
}
efd = epoll_create1 (0);
if (efd == ⑴)
{
perror ("epoll_create");
abort ();
}
event.data.fd = sfd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event);
if (s == ⑴)
{
perror ("epoll_ctl");
abort ();
}
/* Buffer where events are returned */
events = calloc (MAXEVENTS, sizeof event);
/* The event loop */
while (1)
{
int n, i;
n = epoll_wait (efd, events, MAXEVENTS, ⑴);
for (i = 0; i < n; i++)
{
if ((events[i].events & EPOLLERR) ||
(events[i].events & EPOLLHUP) ||
(!(events[i].events & EPOLLIN)))
{
/* An error has occured on this fd, or the socket is not
ready for reading (why were we notified then?) */
fprintf (stderr, "epoll error
");
close (events[i].data.fd);
continue;
}
else if (sfd == events[i].data.fd)
{
/* We have a notification on the listening socket, which
means one or more incoming connections. */
while (1)
{
struct sockaddr in_addr;
socklen_t in_len;
int infd;
char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV];
in_len = sizeof in_addr;
infd = accept (sfd, &in_addr, &in_len);
if (infd == ⑴)
{
if ((errno == EAGAIN) ||
(errno == EWOULDBLOCK))
{
/* We have processed all incoming
connections. */
break;
}
else
{
perror ("accept");
break;
}
}
s = getnameinfo (&in_addr, in_len,
hbuf, sizeof hbuf,
sbuf, sizeof sbuf,
NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV);
if (s == 0)
{
printf("Accepted connection on descriptor %d "
"(host=%s, port=%s)
", infd, hbuf, sbuf);
}
/* Make the incoming socket non-blocking and add it to the
list of fds to monitor. */
s = make_socket_non_blocking (infd);
if (s == ⑴)
abort ();
event.data.fd = infd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, infd, &event);
if (s == ⑴)
{
perror ("epoll_ctl");
abort ();
}
}
continue;
}
else
{
/* We have data on the fd waiting to be read. Read and
display it. We must read whatever data is available
completely, as we are running in edge-triggered mode
and won't get a notification again for the same
data. */
int done = 0;
while (1)
{
ssize_t count;
char buf[512];
count = read (events[i].data.fd, buf, sizeof buf);
if (count == ⑴)
{
/* If errno == EAGAIN, that means we have read all
data. So go back to the main loop. */
if (errno != EAGAIN)
{
perror ("read");
done = 1;
}
break;
}
else if (count == 0)
{
/* End of file. The remote has closed the
connection. */
done = 1;
break;
}
/* Write the buffer to standard output */
s = write (1, buf, count);
if (s == ⑴)
{
perror ("write");
abort ();
}
}
if (done)
{
printf ("Closed connection on descriptor %d
",
events[i].data.fd);
/* Closing the descriptor will make epoll remove it
from the set of descriptors which are monitored. */
close (events[i].data.fd);
}
}
}
}
free (events);
close (sfd);
return EXIT_SUCCESS;
}
參考資料：
《epoll詳解》
《Epoll詳解及源碼分析》
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