Linux面试必知: 一句话讲透epoll

1. epoll概念

在Linux的Man文档中，我们可以看到如下定义

Epoll - I/O event notification facility
epoll是一种I/O事件通知机制

I/O事件

• I/O
  输入输出(input/output)，输入输出的对象可以是 文件(file), 网络(socket), 进程之间的管道(pipe), 在linux系统中，都用文件描述符(fd)来表示

• 事件

  • 可读事件， 当文件描述符关联的内核读缓冲区可读，则触发可读事件
    什么是可读呢？ 就是内核缓冲区非空，有数据可以读取
  • 可写事件, 当文件描述符关联的内核写缓冲区可写，则触发可写事件
    什么是可写呢？就是内核缓冲区不满，有空闲空间可以写入

通知机制

• 通知机制，就是当事件发生的时候，去通知他
• 通知机制的反面，就是轮询机制

以上两点结合起来理解

epoll是一种当文件描述符的内核缓冲区非空的时候，发出可读信号进行通知，当写缓冲区不满的时候，发出可写信号通知的机制

2. 水平触发与边缘触发

水平触发(level-trggered)

• 只要文件描述符关联的读内核缓冲区非空，有数据可以读取，就一直发出可读信号进行通知，
• 当文件描述符关联的内核写缓冲区不满，有空间可以写入，就一直发出可写信号进行通知

边缘触发(edge-triggered)

• 当文件描述符关联的读内核缓冲区由空转化为非空的时候，则发出可读信号进行通知，
• 当文件描述符关联的内核写缓冲区由满转化为不满的时候，则发出可写信号进行通知

两者的区别在哪里呢？水平触发是只要读缓冲区有数据，就会一直触发可读信号，而边缘触发仅仅在空变为非空的时候通知一次，举个例子：

1. 读缓冲区刚开始是空的
2. 读缓冲区写入2KB数据
3. 水平触发和边缘触发模式此时都会发出可读信号
4. 收到信号通知后，读取了1kb的数据，读缓冲区还剩余1KB数据
5. 水平触发会再次进行通知，而边缘触发不会再进行通知

所以边缘触发需要一次性的把缓冲区的数据读完为止，也就是一直读，直到读到EGAIN为止，EGAIN说明缓冲区已经空了，因为这一点，边缘触发需要设置文件句柄为非阻塞

//水平触发
    ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
    
    //边缘触发
    while(true) {
        ret = read(fd, buf, sizeof(buf);
        if (ret == EAGAIN) break;
    }

3. epoll接口介绍

• epoll_create

  • 创建epoll实例，会创建所需要的红黑树，以及就绪链表，以及代表epoll实例的文件句柄

    int epoll_create(int size);
    Man文档中说明了在老的内核版本中，入参size用来指出创建的内部数据结构的大小，目前已经可以动态调整，但是为了兼容老的版本，所以仍然保留，这个size其实意义已经不大

• epoll_ctl

  • 添加，修改，或者删除 注册到epoll实例中的文件描述符上的监控事件

    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
    对于添加到epfd的文件描述符fd, 添加或者删除或者修改， 对应的event

    • epfd: 通过epoll_create创建的文件描述符
    • op:操作类型
      EPOLL_CTL_ADD, 为相应fd添加事件
      EPOLL_CTL_MOD, 修改fd的事件
      EPOLL_CTL_DEL，删除fd上的某些事件
    • fd: 操作的目标文件描述符
    • event: 要操作的事件

       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可以是一组bit的组合
            EPOLLIN：可读
            EPOLLOUT: 可写
            EPOLLET: 边缘触发，默认是水平触发
      

• epoll_wait

  int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)
  等待注册的事件发生，返回事件的数目，并将触发的事件写入events数组中

  • epfd: epoll实例文件描述符
  • events: 数组出参，用来记录被触发的events，其大小应该和maxevents一致
  • maxevents: 返回的events的最大个数，如果最大个数大于实际触发的个数，则下次epoll_wait的时候仍然可以返回
  • timeout: 等待事件，毫秒为单位 -1:无限等待 0:立即返回

了解以上这些，面试是足够了，但是对于工程中的实际使用，仍然不足，后续会以epoll在redis中的使用为例，为大家进行剖析