epoll机制浅析.docx
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epoll机制浅析
epoll机制浅析
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，在头文件有这样的声明：
#define__FD_SETSIZE1024
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。
1基本函数
epoll的接口一共就三个函数：
intepoll_create（intsize）;
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。
intepoll_ctl（intepfd,intop,intfd,structepoll_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，structepoll_event结构如下：
typedefunionepoll_data{
void*ptr;
intfd;
__uint32_tu32;
__uint64_tu64;
}epoll_data_t;
structepoll_event{
__uint32_tevents;/*Epollevents*/
epoll_data_tdata;/*Userdatavariable*/
};
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（EdgeTriggered）模式，这是相对于水平触发（LevelTriggered）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
intepoll_wait（intepfd,structepoll_event*events,intmaxevents,inttimeout）;
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。
2工作模式
EPOLL有两种模型：
LevelTriggered（LT）水平触发
EdgeTriggered（ET）边沿触发
水平触发是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-blocksocket.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，这种模式编程出错可能性要小一点。
传统的select/poll都是这种模型的代表．
边沿触发是高速工作方式，只支持no-blocksocket。
在这种模式下，当描述符从”未就绪”变为”就绪”时，内核通过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导致那个文件描述符不再为就绪状态了（比如，你在发送，接收或者接收请求，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），内核不会发送更多的通知（onlyonce）。
比如有这样一个例子：
1.我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄（RFD）添加到epoll描述符
2.这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
3.调用epoll_wait
（2），并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4.然后我们读取了1KB的数据
5.调用epoll_wait
（2）......
LT工作模式
以LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll
（2），并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。
因为即使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。
调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在epoll_wait
（2）收到事件后，epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。
因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl
（2）处理文件句柄就成为调用者必须做的事情。
ET工作模式
如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，那么在第5步调用epoll_wait
（2）之后将有可能会挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。
只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候ET工作模式才会汇报事件。
因此在第5步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。
在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄上，因为在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。
因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用epoll_wait
（2）完成后，是否挂起是不确定的。
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。
最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口：
i基于非阻塞文件句柄
ii只有当read
（2）或者write
（2）返回EAGAIN时才需要挂起，等待。
但这并不是说每次read（）时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read（）返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。
3使用实例
那么究竟如何来使用epoll呢？
其实，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（intmaxfds）来创建一个epoll的句柄，其中maxfds是你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。
之后在网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait（intepfd,epoll_eventevents,intmaxevents,inttimeout）来查询所有的网络接口，看哪一个可以读，哪一个可以写了。
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（listenfd==events[i].data.fd）//有新的连接
{
connfd=accept（listenfd,
（sockaddr*）&clientaddr,
&clilen）;
=connfd;
=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl（epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev）;
}
elseif（events[i].events&EPOLLIN）
{
n=read（sockfd,line,MAXLINE））<0
ev.data.ptr=md;//md为自定义类型，添加数据
=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
}
elseif（events[i].events&EPOLLOUT）
{
structmyepoll_data*md=
（myepoll_data*）events[i].data.ptr;//取数据
sockfd=md->fd;
send（sockfd,md->ptr,strlen（（char*）md->ptr）,0）;
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
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAXLINE5
#defineOPEN_MAX100
#defineLISTENQ20
#defineSERV_PORT5000
#defineINFTIM1000
voidsetnonblocking（intsock）
{
intopts;
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）;
}
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
inti,maxi,listenfd,connfd,sockfd,epfd,nfds,portnumber;
ssize_tn;
charline[MAXLINE];
socklen_tclilen;
if（2==argc）
{
if（（portnumber=atoi（argv[1]））<0）
{
fprintf（stderr,"Usage:
%sportnumber\a\n",argv[0]）;
return1;
}
}
else
{
fprintf（stderr,"Usage:
%sportnumber\a\n",argv[0]）;
return1;
}
//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
structepoll_eventev,events[20];
//生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符
epfd=epoll_create（256）;
structsockaddr_inclientaddr;
structsockaddr_inserveraddr;
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
=listenfd;
//设置要处理的事件类型
=EPOLLIN|EPOLLET;
=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）;
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{
if（listenfd==events[i].data.fd）//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）;
printf（"accaptaconnectionfrom%s\n",str）;
//设置用于读操作的文件描述符
=connfd;
//设置用于注测的读操作事件
=EPOLLIN|EPOLLET;
=EPOLLIN;
//注册ev
epoll_ctl（epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev）;
}
elseif（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。
{
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
printf（"readlineerror\n"）;
}
elseif（n==0）
{
close（sockfd）;
events[i].data.fd=-1;
}
line[n]='\0';
prinf（"read%s\n",line）;
//设置用于写操作的文件描述符
=sockfd;
//设置用于注册的写操作事件
=EPOLLOUT|EPOLLET;
//修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT
//epoll_ctl（epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev）;
}
elseif（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
=sockfd;
//设置用于注册的读操作事件
=EPOLLIN|EPOLLET;
//修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN
epoll_ctl（epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev）;
}
}
}
return0;
}
客户端直接连接到这个服务器就好了。
。
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