IO多路复用之epoll总结
1、基本知识
epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。
2、epoll接口
epoll操作过程需要三个接口，分别如下：
#includeint epoll_create(int size); int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
（1） int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。
（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：
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；
第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：
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);
等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。
3、工作模式
epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：
LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。
ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。
ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
4、测试程序
编写一个服务器回射程序echo，练习epoll过程。
服务器代码如下所示：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 #include 12 13 #define IPADDRESS "127.0.0.1" 14 #define PORT 8787 15 #define MAXSIZE 1024 16 #define LISTENQ 5 17 #define FDSIZE 1000 18 #define EPOLLEVENTS 100 19 20 //函数声明 21 //创建套接字并进行绑定 22 static int socket_bind(const char* ip,int port); 23 //IO多路复用epoll 24 static void do_epoll(int listenfd); 25 //事件处理函数 26 static void 27 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf); 28 //处理接收到的连接 29 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd); 30 //读处理 31 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf); 32 //写处理 33 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf); 34 //添加事件 35 static void add_event(int epollfd,int fd,int state); 36 //修改事件 37 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state); 38 //删除事件 39 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state); 40 41 int main(int argc,char *argv[]) 42 { 43 int listenfd; 44 listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); 45 listen(listenfd,LISTENQ); 46 do_epoll(listenfd); 47 return 0; 48 } 49 50 static int socket_bind(const char* ip,int port) 51 { 52 int listenfd; 53 struct sockaddr_in servaddr; 54 listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 55 if (listenfd == -1) 56 { 57 perror("socket error:"); 58 exit(1); 59 } 60 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 61 servaddr.sin_family = AF_INET; 62 inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); 63 servaddr.sin_port = htons(port); 64 if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1) 65 { 66 perror("bind error: "); 67 exit(1); 68 } 69 return listenfd; 70 } 71 72 static void do_epoll(int listenfd) 73 { 74 int epollfd; 75 struct epoll_event events[EPOLLEVENTS]; 76 int ret; 77 char buf[MAXSIZE]; 78 memset(buf,0,MAXSIZE); 79 //创建一个描述符 80 epollfd = epoll_create(FDSIZE); 81 //添加监听描述符事件 82 add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN); 83 for ( ; ; ) 84 { 85 //获取已经准备好的描述符事件 86 ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1); 87 handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf); 88 } 89 close(epollfd); 90 } 91 92 static void 93 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf) 94 { 95 int i; 96 int fd; 97 //进行选好遍历 98 for (i = 0;i < num;i++) 99 { 100 fd = events[i].data.fd; 101 //根据描述符的类型和事件类型进行处理 102 if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN)) 103 handle_accpet(epollfd,listenfd); 104 else if (events[i].events & EPOLLIN) 105 do_read(epollfd,fd,buf); 106 else if (events[i].events & EPOLLOUT) 107 do_write(epollfd,fd,buf); 108 } 109 } 110 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd) 111 { 112 int clifd; 113 struct sockaddr_in cliaddr; 114 socklen_t cliaddrlen; 115 clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen); 116 if (clifd == -1) 117 perror("accpet error:"); 118 else 119 { 120 printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); 121 //添加一个客户描述符和事件 122 add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN); 123 } 124 } 125 126 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf) 127 { 128 int nread; 129 nread = read(fd,buf,MAXSIZE); 130 if (nread == -1) 131 { 132 perror("read error:"); 133 close(fd); 134 delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN); 135 } 136 else if (nread == 0) 137 { 138 fprintf(stderr,"client close.\n"); 139 close(fd); 140 delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN); 141 } 142 else 143 { 144 printf("read message is : %s",buf); 145 //修改描述符对应的事件，由读改为写 146 modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); 147 } 148 } 149 150 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf) 151 { 152 int nwrite; 153 nwrite = write(fd,buf,strlen(buf)); 154 if (nwrite == -1) 155 { 156 perror("write error:"); 157 close(fd); 158 delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); 159 } 160 else 161 modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN); 162 memset(buf,0,MAXSIZE); 163 } 164 165 static void add_event(int epollfd,int fd,int state) 166 { 167 struct epoll_event ev; 168 ev.events = state; 169 ev.data.fd = fd; 170 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev); 171 } 172 173 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state) 174 { 175 struct epoll_event ev; 176 ev.events = state; 177 ev.data.fd = fd; 178 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev); 179 } 180 181 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state) 182 { 183 struct epoll_event ev; 184 ev.events = state; 185 ev.data.fd = fd; 186 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev); 187 }
客户端也用epoll实现，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三个描述符，程序如下所示：
1 #include2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 #include 8 #include 9 #include 10 #include 11 12 #define MAXSIZE 1024 13 #define IPADDRESS "127.0.0.1" 14 #define SERV_PORT 8787 15 #define FDSIZE 1024 16 #define EPOLLEVENTS 20 17 18 static void handle_connection(int sockfd); 19 static void 20 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf); 21 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 22 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 23 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); 24 static void add_event(int epollfd,int fd,int state); 25 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state); 26 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state); 27 28 int main(int argc,char *argv[]) 29 { 30 int sockfd; 31 struct sockaddr_in servaddr; 32 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 33 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 34 servaddr.sin_family = AF_INET; 35 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); 36 inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr); 37 connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); 38 //处理连接 39 handle_connection(sockfd); 40 close(sockfd); 41 return 0; 42 } 43 44 45 static void handle_connection(int sockfd) 46 { 47 int epollfd; 48 struct epoll_event events[EPOLLEVENTS]; 49 char buf[MAXSIZE]; 50 int ret; 51 epollfd = epoll_create(FDSIZE); 52 add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN); 53 for ( ; ; ) 54 { 55 ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1); 56 handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf); 57 } 58 close(epollfd); 59 } 60 61 static void 62 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf) 63 { 64 int fd; 65 int i; 66 for (i = 0;i < num;i++) 67 { 68 fd = events[i].data.fd; 69 if (events[i].events & EPOLLIN) 70 do_read(epollfd,fd,sockfd,buf); 71 else if (events[i].events & EPOLLOUT) 72 do_write(epollfd,fd,sockfd,buf); 73 } 74 } 75 76 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf) 77 { 78 int nread; 79 nread = read(fd,buf,MAXSIZE); 80 if (nread == -1) 81 { 82 perror("read error:"); 83 close(fd); 84 } 85 else if (nread == 0) 86 { 87 fprintf(stderr,"server close.\n"); 88 close(fd); 89 } 90 else 91 { 92 if (fd == STDIN_FILENO) 93 add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT); 94 else 95 { 96 delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN); 97 add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT); 98 } 99 } 100 } 101 102 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf) 103 { 104 int nwrite; 105 nwrite = write(fd,buf,strlen(buf)); 106 if (nwrite == -1) 107 { 108 perror("write error:"); 109 close(fd); 110 } 111 else 112 { 113 if (fd == STDOUT_FILENO) 114 delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); 115 else 116 modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN); 117 } 118 memset(buf,0,MAXSIZE); 119 } 120 121 static void add_event(int epollfd,int fd,int state) 122 { 123 struct epoll_event ev; 124 ev.events = state; 125 ev.data.fd = fd; 126 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev); 127 } 128 129 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state) 130 { 131 struct epoll_event ev; 132 ev.events = state; 133 ev.data.fd = fd; 134 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev); 135 } 136 137 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state) 138 { 139 struct epoll_event ev; 140 ev.events = state; 141 ev.data.fd = fd; 142 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev); 143 }