epoll使用详解

epoll的工作原理是，你如果想进行IO操作时，先向epoll查询是否可读或可写，如果处于可读或可写状态后，epoll会通过epoll_wait函数通知你，此时你再进行进一步的recv或send操作。

epoll仅仅是一个异步事件的通知机制，其本身并不作任何的IO读写操作，它只负责告诉你是不是可以读或可以写了，而具体的读写操作，还要应用层自己来作。epoll仅提供这种机制也是非常好的，它保持了事件通知与IO操作之间彼此的独立性，使得epoll的使用更加灵活。

epoll用到的所有函数都是在头文件sys/epoll.h中声明的，下面简要说明所用到的数据结构和函数：

所用到的数据结构
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 */
};
结构体epoll_event 被用于注册所感兴趣的事件和回传所发生待处理的事件，

epoll_data 联合体用来保存触发事件的某个文件描述符相关的数据，例如一个client连接到服务器，服务器通过调用accept函数可以得到与这个client对应的socket文件描述符，可以把这文件描述符赋给epoll_data的fd字段以便后面的读写操作在这个文件描述符上进行

a、*ptr: 通过指针ptr携带应用层数据, 当事件的通知到来时，它不仅告诉你发生了什么样的事件，还同时告诉这次事件所操作的数据是哪些

epoll_event 结构体的events字段是表示感兴趣的事件和被触发的事件可能的取值为：

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读；
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：表示对应的文件描述符有事件发生；

所用到的函数：
1、epoll_create函数
函数声明： int epoll_create(int size )
该函数生成一个epoll专用的文件描述符，其中的参数是指定生成描述符的最大范围

2、epoll_ctl函数
函数声明： int epoll_ctl(int epfd , int op , int fd , struct epoll_event *event )
该函数用于控制某个文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。
参数： epfd：由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
op：要进行的操作例如注册事件，可能的取值 EPOLL_CTL_ADD 注册、 EPOLL_CTL_MOD 修
改、 EPOLL_CTL_DEL 删除
fd：关联的文件描述符；
event：指向epoll_event的指针；
如果调用成功返回0,不成功返回-1
3、 epoll_wait函数

函数声明：int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout)
该函数用于轮询I/O事件的发生；
参数：
epfd:由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
epoll_event:用于回传代处理事件的数组；
maxevents:每次能处理的事件数；
timeout:等待I/O事件发生的超时值；
返回发生事件数。

 

 

在linux的网络编程中，很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中，有了一种替换它的机制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的fd数目越多，自然耗时越多。并且，在linux/posix_types.h头文件有这样的声明：
#define __FD_SETSIZE    1024
表示select最多同时监听1024个fd，当然，可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。

epoll的接口非常简单，一共就三个函数：
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，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：

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。


4、关于ET、LT两种工作模式：
可以得出这样的结论:
ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.


那么究竟如何来使用epoll呢？其实非常简单。
通过在包含一个头文件#include 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口，看哪一个可以读，哪一个可以写了。基本的语法为：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件范围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主逻辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环，遍利所有的事件。

几乎所有的epoll程序都使用下面的框架：

    for( ; ; )
    {
        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
        for(i=0;i        {
            if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的连接
            {
                connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
                ev.data.fd=connfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中
            }
            else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据，读socket
            {
                n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //读
                ev.data.ptr = md;     //md为自定义类型，添加数据
                ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符，等待下一个循环时发送数据，异步处理的精髓
            }
            else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送，写socket
            {
                struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取数据
                sockfd = md->fd;
                send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //发送数据
                ev.data.fd=sockfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符，等待下一个循环时接收数据
            }
            else
            {
                //其他的处理
            }
        }
    }



下面给出一个完整的服务器端例子：

#include <iostream> #include <sys/socket.h> #include <sys/epoll.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> using namespace std; #define MAXLINE 5 #define OPEN_MAX 100 #define LISTENQ 20 #define SERV_PORT 5000 #define INFTIM 1000 void setnonblocking(int sock) {     int opts;     opts=fcntl(sock,F_GETFL);     if(opts<0)     {         perror("fcntl(sock,GETFL)");         exit(1);     }     opts = opts|O_NONBLOCK;     if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0)     {         perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");         exit(1);     } } int main(int argc, char* argv[]) {     int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;     ssize_t n;     char line[MAXLINE];     socklen_t clilen;     if ( 2 == argc )     {         if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 )         {             fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);             return 1;         }     }     else     {         fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);         return 1;     }     //声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件     struct epoll_event ev,events[20];     //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符     epfd=epoll_create(256);     struct sockaddr_in clientaddr;     struct sockaddr_in serveraddr;     listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);     //把socket设置为非阻塞方式     //setnonblocking(listenfd);     //设置与要处理的事件相关的文件描述符     ev.data.fd=listenfd;     //设置要处理的事件类型     ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;     //ev.events=EPOLLIN;     //注册epoll事件     epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);     bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));     serveraddr.sin_family = AF_INET;     char *local_addr="127.0.0.1";     inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);     serveraddr.sin_port=htons(portnumber);     bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));     listen(listenfd, LISTENQ);     maxi = 0;     for ( ; ; ) {         //等待epoll事件的发生         nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);         //处理所发生的所有事件         for(i=0;i<nfds;++i)         {             if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口，建立新的连接。             {                 connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);                 if(connfd<0){                     perror("connfd<0");                     exit(1);                 }                 //setnonblocking(connfd);                 char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);                 cout << "accapt a connection from " << str << endl;                 //设置用于读操作的文件描述符                 ev.data.fd=connfd;                 //设置用于注测的读操作事件                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;                 //ev.events=EPOLLIN;                 //注册ev                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);             }             else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户，并且收到数据，那么进行读入。             {                 cout << "EPOLLIN" << endl;                 if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0)                     continue;                 if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {                     if (errno == ECONNRESET) {                         close(sockfd);                         events[i].data.fd = -1;                     } else                         std::cout<<"readline error"<<std::endl;                 } else if (n == 0) {                     close(sockfd);                     events[i].data.fd = -1;                 }                 line[n] = '/0';                 cout << "read " << line << endl;                 //设置用于写操作的文件描述符                 ev.data.fd=sockfd;                 //设置用于注测的写操作事件                 ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;                 //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT                 //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);             }             else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送             {                 sockfd = events[i].data.fd;                 write(sockfd, line, n);                 //设置用于读操作的文件描述符                 ev.data.fd=sockfd;                 //设置用于注测的读操作事件                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;                 //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);             }         }     }     return 0; }

客户端直接连接到这个服务器就好了。。