epoll 是一种在 Linux 系统上用于高效事件驱动编程的 I/O 多路复用机制。它相比于传统的 select 和 poll 函数具有更好的性能和扩展性。
epoll 的主要特点和原理:
1、事件驱动:epoll 是基于事件驱动的模型,它通过监听事件来触发相应的回调函数,而不是像传统的阻塞模型那样持续轮询。这样可以避免无效的轮询操作,提高效率。
2、高效:epoll 使用了红黑树(rbtree)和哈希表(hash table)的数据结构来存储和管理大量的文件描述符,使得在大规模连接的情况下,对文件描述符的管理和查找操作具备较高的效率。
3、边缘触发:epoll 提供了边缘触发(edge-triggered)的工作模式。在边缘触发模式下,只有当文件描述符的状态发生变化时,epoll 才会通知应用程序。这使得应用程序能够更精确地处理事件,避免了事件的丢失和重复触发。
4、扩展性:epoll 支持高并发的连接,可以同时监听大量的文件描述符,且不随文件描述符数量的增加而性能下降。它采用了事件通知的方式,只有在文件描述符发生状态变化时才会通知应用程序,避免了大量的轮询操作。
使用 epoll 的基本步骤如下:
1、创建 epoll 实例,通过调用 epoll_create 函数创建一个 epoll 对象。
2、将需要监听的文件描述符加入 epoll 实例,通过调用 epoll_ctl 函数将文件描述符添加到 epoll 中,并指定需要监听的事件类型。
epoll_ctl 是一个用于控制 epoll 实例的系统调用函数,它用于向 epoll 实例中添加、修改或删除文件描述符及其关联的事件。
3、 进入事件循环,调用 epoll_wait 函数等待事件发生。该函数会阻塞程序执行,直到有事件发生或超时。
epoll_wait 是一个用于等待事件的系统调用函数,它在 epoll 实例上进行阻塞等待,直到有事件就绪或超时。
4、 当 epoll_wait 返回时,根据返回的就绪事件进行相应的处理。可以通过遍历返回的事件列表来获取就绪的文件描述符和事件类型。
epoll 在网络编程中广泛应用,特别适用于高并发的服务器开发,能够处理大量的并发连接和高频率的 I/O 事件。它提供了高效的事件驱动模型,可以大大提升程序的性能和可扩展性。
int epoll_create(int size);
epoll_create 函数接受一个参数 size,该参数指定了 epoll 实例所能处理的最大文件描述符数目。它返回一个整数值,表示 epoll 实例的文件描述符,用于后续的 epoll 相关操作。
入参:
size 参数是一个提示值,用于告诉内核 epoll 实例需要处理的最大文件描述符数目。内核会根据此提示值进行一些优化,但实际上该值在大多数情况下并不会限制 epoll 实例所能处理的文件描述符数目。
返回值:
epoll_create 函数创建的 epoll 实例是默认的边缘触发模式(Edge Triggered Mode)。这意味着当文件描述符上的事件状态从未就绪变为就绪时,epoll 会返回该事件,而不是只在事件状态为就绪时返回一次。
在使用完 epoll 实例后,应当使用 close 函数显式关闭 epoll 实例的文件描述符,以释放相关资源。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
入参:
struct epoll_event {
__uint32_t events; // 表示要关注的事件类型
epoll_data_t data; // 用户数据,可以是文件描述符或指针
};
typedef union epoll_data {
void *ptr; // 指针类型的用户数据
int fd; // 文件描述符类型的用户数据
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;
返回值:
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
入参:
返回值:
#include
//socket
#include
#include
//close
#include
//exit
#include
//perror
#include
//memset
#include
//htons
#include
/* According to earlier standards */
#include
//epoll
#include
#define PORT 8596
#define MESSAGE_SIZE 1024
#define FD_SIZE 1024
#define MAX_EVENTS 20
#define TIME_OUT 500
int main(){
int ret=-1;
int socket_fd=-1;
int accept_fd=-1;
int backlog=10;
int flags=1;
struct sockaddr_in local_addr,remote_addr;
struct epoll_event ev,events[FD_SIZE];
int epoll_fd=-1;
int event_number=0;
//create socket
socket_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(socket_fd == -1){
perror("create socket error");
exit(1);
}
//set option of socket
ret = setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flags, sizeof(flags));
if ( ret == -1 ){
perror("setsockopt error");
}
//set socket address
local_addr.sin_family=AF_INET;
local_addr.sin_port=htons(PORT);
local_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
bzero(&(local_addr.sin_zero),8);
//bind socket
ret=bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&local_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
if(ret == -1){
perror("bind socket error");
exit(1);
}
ret=listen(socket_fd, backlog);
if(ret ==-1){
perror("listen error");
exit(1);
}
//创建epoll
epoll_fd=epoll_create(256);
ev.data.fd=socket_fd;
ev.events=EPOLLIN;
//将socket_fd加入到epoll中
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,socket_fd,&ev);
//loop to accept client
for(;;){
event_number=epoll_wait(epoll_fd,events,MAX_EVENTS,TIME_OUT);
for(int i=0;i<event_number;i++){
if(events[i].data.fd==socket_fd){
socklen_t addrlen = sizeof(remote_addr);
accept_fd=accept(socket_fd,( struct sockaddr *)&remote_addr, &addrlen);
ev.data.fd=accept_fd;
ev.events=EPOLLIN | EPOLLET;
//添加accept_fd到epoll中
//添加accept_fd到epoll中
if((epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,accept_fd,&ev))==-1){
close(accept_fd);
}
}else if(events[i].events & EPOLLIN){
//有数据可读
char in_buf[MESSAGE_SIZE];
memset(in_buf, 0, MESSAGE_SIZE);
//receive data
ret = recv( events[i].data.fd, &in_buf, MESSAGE_SIZE, 0 );
if(ret <= 0){
switch (errno){
case EAGAIN: //暂时没有数据
break;
case EINTR: //被终断
ret = recv(events[i].data.fd, &in_buf, MESSAGE_SIZE, 0);
break;
default:
printf("the client is closed, fd:%d\n", events[i].data.fd);
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, &ev);
close(events[i].data.fd);
break;
}
}
printf("receive message:%s\n", in_buf);
send(events[i].data.fd, &in_buf, ret, 0);
}
}
}
printf("quit server....");
// 关闭监听 socket 和 epoll 实例
close(socket_fd);
close(epoll_fd);
return 0;
}
从代码直观就能看出epoll的代码量和逻辑实现相比select,都特别简洁。epoll 在网络编程中广泛应用,特别适用于高并发的服务器开发,能够处理大量的并发连接和高频率的 I/O 事件。它提供了高效的事件驱动模型,可以大大提升程序的性能和可扩展性。