IO多路复用之epoll总结

IO多路复用之epoll总结

epoll是在2.6内核中提出的，是之前的select和poll的增强版本。相对于select和poll来说，epoll更加灵活，没有描述符限制。epoll使用一个文件描述符管理多个描述符，将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中，这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。

epoll接口epoll操作过程需要三个接口，分别如下：

#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

（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：

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。3、工作模式　　epoll对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默认模式，LT模式与ET模式的区别如下：　　LT模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时，会再次响应应用程序并通知此事件。　　ET模式：当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序，应用程序必须立即处理该事件。如果不处理，下次调用epoll_wait时，不会再次响应应用程序并通知此事件。　　ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数，因此效率要比LT模式高。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。4、测试程序　　编写一个服务器回射程序echo，练习epoll过程。服务器代码如下所示#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/epoll.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#define IPADDRESS "127.0.0.1"#define PORT 8787#define MAXSIZE 1024#define LISTENQ 5#define FDSIZE 1000#define EPOLLEVENTS 100//函数声明//创建套接字并进行绑定static int socket_bind(const char* ip,int port);//IO多路复用epollstatic void do_epoll(int listenfd);//事件处理函数static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);//处理接收到的连接static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);//读处理static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);//写处理static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);//添加事件static void add_event(int epollfd,int fd,int state);//修改事件static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);//删除事件static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);int main(int argc,char *argv[]){int listenfd;listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);listen(listenfd,LISTENQ);do_epoll(listenfd);return 0;}static int socket_bind(const char* ip,int port){int listenfd;struct sockaddr_in servaddr;listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if (listenfd == -1){perror("socket error:");exit(1);}bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);servaddr.sin_port = htons(port);if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1){perror("bind error: ");exit(1);}return listenfd;}static void do_epoll(int listenfd){int epollfd;struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];int ret;char buf[MAXSIZE];memset(buf,0,MAXSIZE);//创建一个描述符epollfd = epoll_create(FDSIZE);//添加监听描述符事件add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);for ( ; ; ){//获取已经准备好的描述符事件ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);}close(epollfd);}static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf){int i;int fd;//进行选好遍历for (i = 0;i < num;i++){fd = events[i].data.fd;//根据描述符的类型和事件类型进行处理if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))handle_accpet(epollfd,listenfd);else if (events[i].events & EPOLLIN)do_read(epollfd,fd,buf);else if (events[i].events & EPOLLOUT)do_write(epollfd,fd,buf);}}static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd){int clifd;struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t cliaddrlen;clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);if (clifd == -1)perror("accpet error:");else{printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);//添加一个客户描述符和事件add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);}}static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf){int nread;nread = read(fd,buf,MAXSIZE);if (nread == -1){perror("read error:");close(fd);delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);}else if (nread == 0){fprintf(stderr,"client close.\n");close(fd);delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);}else{printf("read message is : %s",buf);//修改描述符对应的事件，由读改为写modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);}}static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf){int nwrite;nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));if (nwrite == -1){perror("write error:");close(fd);delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);}elsemodify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);memset(buf,0,MAXSIZE);}static void add_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);}static void delete_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);}static void modify_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);}客户端也用epoll实现，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三个描述符，程序如下所示：#include <netinet/in.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/epoll.h>#include <time.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <arpa/inet.h>#define MAXSIZE 1024#define IPADDRESS "127.0.0.1"#define SERV_PORT 8787#define FDSIZE 1024#define EPOLLEVENTS 20static void handle_connection(int sockfd);static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);static void add_event(int epollfd,int fd,int state);static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);int main(int argc,char *argv[]){int sockfd;struct sockaddr_in servaddr;sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));//处理连接handle_connection(sockfd);close(sockfd);return 0;}static void handle_connection(int sockfd){int epollfd;struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];char buf[MAXSIZE];int ret;epollfd = epoll_create(FDSIZE);add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);for ( ; ; ){ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);}close(epollfd);}static voidhandle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf){int fd;int i;for (i = 0;i < num;i++){fd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN)do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);else if (events[i].events & EPOLLOUT)do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);}}static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf){int nread;nread = read(fd,buf,MAXSIZE);if (nread == -1){perror("read error:");close(fd);}else if (nread == 0){fprintf(stderr,"server close.\n");close(fd);}else{if (fd == STDIN_FILENO)add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);else{delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);}}}static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf){int nwrite;nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));if (nwrite == -1){perror("write error:");close(fd);}else{if (fd == STDOUT_FILENO)delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);elsemodify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);}memset(buf,0,MAXSIZE);}static void add_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);}static void delete_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);}static void modify_event(int epollfd,int fd,int state){struct epoll_event ev;ev.events = state;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);}参考资料：http://www.cnblogs.com/OnlyXP/archive/2007/08/10/851222.htmlhttp://www.cnblogs.com/lexus/archive/2011/11/19/2254798.htmlhttps://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/