Linux內(nèi)核IO多路復用之epoll簡介

epoll簡介

epoll是Linux內(nèi)核為處理大量句柄而改進的poll，它能顯著的減少程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率。

epoll的工作方式

LT(level triggered)：水平觸發(fā)，缺省方式，在這種方式中，內(nèi)核告訴我們一個文件描述符是否就緒了，如果就緒了，就可以對描述符進行IO操作。如果不做任何操作，內(nèi)核還是會繼續(xù)通知。

ET(edge-triggered)：邊沿觸發(fā)，在這種方式下，當描述符從未就緒變?yōu)榫途w狀態(tài)時，內(nèi)核通知應用。但是如果一直不對這個描述符做IO操作，內(nèi)核不會再發(fā)送通知。

區(qū)別: 邊沿觸發(fā)僅觸發(fā)一次，水平觸發(fā)會一直觸發(fā)。

epoll相關函數(shù)

epoll主要有epoll_create, epoll_ctl, epoll_wait 3個系統(tǒng)調(diào)用。

epoll_create

int epoll_create(int size)

創(chuàng)建一個epoll的句柄。自從linux2.6.8之后，size參數(shù)是被忽略的。

epoll_ctl

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)

epoll的事件注冊函數(shù)，在這里先注冊要監(jiān)聽的事件類型。

epfd: epoll句柄

op: 表示動作，有如下三個動作：

EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經(jīng)注冊的fd的監(jiān)聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
fd: 要監(jiān)聽的描述符。

event: 要監(jiān)聽的事件，struct epoll_event結構如下：

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* 監(jiān)聽的事件 */
epoll_data_t data; /* 用戶數(shù)據(jù)*/
};
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

events可設置的值如下：

EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發(fā)生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET：將EPOLL設為邊緣觸發(fā)(Edge Triggered)模式
EPOLLONESHOT：只監(jiān)聽一次事件，當監(jiān)聽結束之后，要繼續(xù)監(jiān)聽的話，需要再次加入到EPOLL隊列里

epoll_wait

int epoll_wait(int epfd, structepoll_event * events, int maxevents, int timeout)
等待事件的到來。

events: 分配好的epoll_event結構體數(shù)組，epoll將會把發(fā)生的事件賦值到events數(shù)組中。

maxevents: events的大小。

timeout: 超時時間（毫秒，0會立即返回，-1將是永久阻塞）。

如果函數(shù)調(diào)用成功，返回對應I/O上已準備好的文件描述符數(shù)目，如返回0表示已超時。

使用例子


/* net_epoll.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define PORT 4321
#define MAX_QUE_CONN_NM 5
#define EPOLL_SIZE 10 //epoll監(jiān)聽的客戶端的最大數(shù)目，Linux2.6.8之后該參數(shù)可以忽略
#define BUFFER_SIZE 1024

int main()
{
struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
int sin_size, count;
int epfd;
struct epoll_event ev, events[EPOLL_SIZE];
int event_cnt;
int sockfd, client_fd;
char buf[BUFFER_SIZE];
//創(chuàng)建socket
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
//設置IP,端口號
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //任意地址，也就是表示本機的所有IP
bzero(&(server_sockaddr.sin_zero), 8);
int i = 1;/* 允許重復使用本地地址與套接字進行綁定 */
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &i, sizeof(i));
//綁定
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,
sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
//開始監(jiān)聽
if(listen(sockfd, MAX_QUE_CONN_NM) == -1)
{
perror("listen");
exit(1);
}

printf("listening....\n");

//創(chuàng)建一個epoll描述符，并將監(jiān)聽socket加入epoll
if((epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE)) == -1)
{
perror("epoll_create");
exit(1);
}
else
{
ev.events = EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET; //讀寫事件，邊沿觸發(fā)
ev.data.fd = sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
}

while(1)
{
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
/*調(diào)用 epoll_wait()等待事件到來*/
if ((event_cnt = epoll_wait(epfd, events, EPOLL_SIZE, -1)) <= 0)
{
perror("epoll_wait");
}

for (i = 0; i < event_cnt; i++)
{
//判斷來事件的是否是監(jiān)聽連接的socket
if (events[i].data.fd == sockfd)
{ /* 服務端接收客戶端的連接請求 */
if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_sockaddr, (socklen_t *)&sin_size))== -1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
//將新連接的socket放進去
ev.data.fd = client_fd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &ev);
printf("New connection from %d(socket)\n", client_fd);
}
else /* 處理從客戶端發(fā)來的消息 */
{
if ((count = recv(events[i].data.fd, buf, BUFFER_SIZE, 0)) > 0)
{
printf("Received a message from %d: %s\n",
events[i].data.fd, buf);
}
else
{
close(events[i].data.fd);
ev.data.fd = events[i].data.fd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, &ev);
printf("Client %d(socket) has left\n", events[i].data.fd);
}
}
} /* end of for fd*/
} /* end if while while*/

close(sockfd);
exit(0);
}

總結

epoll的優(yōu)點是支持大數(shù)目的描述符，IO效率不隨描述符數(shù)目增加而線性下降。所以在高并發(fā)網(wǎng)絡中應用比較多，一般是在服務端。



審核編輯：劉清