Linux-epoll

在Linux网络编程中，Linux内核2.6版本之前大多都是用 select() 作为非阻塞的事件触发模型，但是效率低，使用受限已经很明显的暴露了select()（包括poll）的缺陷，为了解决这些缺陷，epoll作为linux新的事件触发模型被创造出来。

一、epoll() 相对于 select() 的优点：

1、支持一个进程socket描述符（FD）的最大数目：

在select() 中，一个进程所打开的FD是有一定限制的，由FD_SETSIZE设置（linux/posix_types.h 中定义：#define __FD_SETSIZE 1024）。表示 select() 最多同时监听1024个fd。对于那些需要支持上万连接数目的IM服务器来说显然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译内核，不过资料也同时指出这样 会带来网络效率的下降；二是可以选择多进程的解决方案(传统的Apache方案)，不过虽然linux上面创建进程的代价比较小，但仍旧是不可忽视的，加 上进程间数据同步远比不上线程间同步高效，所以这也不是一种完美的方案。而 epoll() 支持的数目很大，等于系统最大打开的文件描述符数，这个文件描述符数跟内存有一定关系。

2、IO效率不随FD数目增加而线性下降：

select() 对事件的扫描是针对于所有创建的socket描述符进行的，也就是说，有多少个socket描述符，就需要遍历多少个句柄，所以IO效率是随描述符增加线性下降的；而epoll只遍历活跃的 socket 描述符，这是因为在内核实现中 epoll() 是根据每个 fd 上面的callback函数实现的。那么，只有“活跃”的socket才会主动的去调用 callback 函数，其他 idle 状态 socket 则不会。比如一个高速LAN环境，epoll并不比select/poll有什么效率，相 反，如果过多使用epoll_ctl,效率相比还有稍微的下降。但是一旦使用idle connections模拟WAN环境,epoll的效率就远在select/poll之上了。

3、使用 mmap 加速内核与用户空间的消息传递

select() 事件触发后会将信息从内核拷贝到用户空间，这种拷贝就影响了效率。而 mmap 将内核与用户空间的内存映射到一块内存上，内核将消息捕获后放入该内存空间，用户无需拷贝直接可以访问，减少了拷贝次数，提高了效率。（mmap 将一个文件或者其它对象映射进内存。文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。）

二、epoll() 工作模型：ET、LT

LT（level triggered）是缺省的工作方式，并且同时支持 block 和 no-block socket。在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表。效率会低于ET触发，尤其在大并发，大流量的情况下。但是LT对代码编写要求比较低，不容易出现问题。LT模式服务编写上的表现是：只要有数据没有被获取，内核就不断通知你，因此不用担心事件丢失的情况。

ET (edge-triggered) 是高速工作方式，只支持no-block socket。 在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核就通过epoll告诉你，然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的 就绪通知，直到你做了某些操作而导致那个文件描述符不再是就绪状态(比如 你在发送，接收或是接受请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪)，内核就不会发送更多的通知(only once)。不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认。效率非常高，在并发，大流量的情况下，会比LT少很多 epoll() 的系统调用，因此效率高。但是对编程要求高，需要细致的处理每个请求，否则容易发生丢失事件的情况。

三、epoll() 的使用

1、epoll() 用到的所有函数都是在头文件 sys/epoll.h 中声明的

2、epoll 的三大函数：

• 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。
•  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。
  参数1 是 epoll_create() 的返回值；
  参数2 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 
  参数3 是需要监听的 fd ；
  参数4 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 */
  
  };

  typedef union epoll_data {
  
      void *ptr;
  
      int fd;
  
      __uint32_t u32;
  
      __uint64_t u64;
  
  } epoll_data_t;

  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，而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 函数可以得到于这个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。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，可以是以下几个宏的集合：
    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；
    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；
    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。 
  epoll_ctl() 如果调用成功则返回0，不成功则返回-1。
• 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 表示每次能处理的事件数，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。最后 epoll_wait 返回发生事件数。