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IO多路復(fù)用之epoll全面總結(jié)(必看篇)

 更新時(shí)間：2016年12月24日 10:23:32   投稿：jingxian  
下面小編就為大家?guī)?lái)一篇IO多路復(fù)用之epoll全面總結(jié)(必看篇)。小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的?，F(xiàn)在就分享給大家。也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

1、基本知識(shí)

epoll是在2.6內(nèi)核中提出的，是之前的select和poll的增強(qiáng)版本。相對(duì)于select和poll來(lái)說(shuō)，epoll更加靈活，沒(méi)有描述符限制。epoll使用一個(gè)文件描述符管理多個(gè)描述符，將用戶(hù)關(guān)系的文件描述符的事件存放到內(nèi)核的一個(gè)事件表中，這樣在用戶(hù)空間和內(nèi)核空間的copy只需一次。

2、epoll接口

epoll操作過(guò)程需要三個(gè)接口，分別如下：

#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);

創(chuàng)建一個(gè)epoll的句柄，size用來(lái)告訴內(nèi)核這個(gè)監(jiān)聽(tīng)的數(shù)目一共有多大。這個(gè)參數(shù)不同于select()中的第一個(gè)參數(shù)，給出最大監(jiān)聽(tīng)的fd+1的值。需要注意的是，當(dāng)創(chuàng)建好epoll句柄后，它就是會(huì)占用一個(gè)fd值，在linux下如果查看/proc/進(jìn)程id/fd/，是能夠看到這個(gè)fd的，所以在使用完epoll后，必須調(diào)用close()關(guān)閉，否則可能導(dǎo)致fd被耗盡。

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

epoll的事件注冊(cè)函數(shù)，它不同與select()是在監(jiān)聽(tīng)事件時(shí)告訴內(nèi)核要監(jiān)聽(tīng)什么類(lèi)型的事件epoll的事件注冊(cè)函數(shù)，它不同與select()是在監(jiān)聽(tīng)事件時(shí)告訴內(nèi)核要監(jiān)聽(tīng)什么類(lèi)型的事件，而是在這里先注冊(cè)要監(jiān)聽(tīng)的事件類(lèi)型。第一個(gè)參數(shù)是epoll_create()的返回值，第二個(gè)參數(shù)表示動(dòng)作，用三個(gè)宏來(lái)表示：

EPOLL_CTL_ADD：注冊(cè)新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經(jīng)注冊(cè)的fd的監(jiān)聽(tīng)事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個(gè)fd；

第三個(gè)參數(shù)是需要監(jiān)聽(tīng)的fd，第四個(gè)參數(shù)是告訴內(nèi)核需要監(jiān)聽(tīng)什么事，struct epoll_event結(jié)構(gòu)如下：

struct epoll_event {
 __uint32_t events; /* Epoll events */
 epoll_data_t data; /* User data variable */
};

events可以是以下幾個(gè)宏的集合：

EPOLLIN ：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以讀（包括對(duì)端SOCKET正常關(guān)閉）；

EPOLLOUT：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以寫(xiě)；

EPOLLPRI：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符有緊急的數(shù)據(jù)可讀（這里應(yīng)該表示有帶外數(shù)據(jù)到來(lái)）；

EPOLLERR：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符發(fā)生錯(cuò)誤；

EPOLLHUP：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符被掛斷；

EPOLLET： 將EPOLL設(shè)為邊緣觸發(fā)(Edge Triggered)模式，這是相對(duì)于水平觸發(fā)(Level Triggered)來(lái)說(shuō)的。

EPOLLONESHOT：只監(jiān)聽(tīng)一次事件，當(dāng)監(jiān)聽(tīng)完這次事件之后，如果還需要繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)這個(gè)socket的話，需要再次把這個(gè)socket加入到EPOLL隊(duì)列里

（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

等待事件的產(chǎn)生，類(lèi)似于select()調(diào)用。參數(shù)events用來(lái)從內(nèi)核得到事件的集合，maxevents告之內(nèi)核這個(gè)events有多大，這個(gè)maxevents的值不能大于創(chuàng)建epoll_create()時(shí)的size，參數(shù)timeout是超時(shí)時(shí)間（毫秒，0會(huì)立即返回，-1將不確定，也有說(shuō)法說(shuō)是永久阻塞）。該函數(shù)返回需要處理的事件數(shù)目，如返回0表示已超時(shí)。

3、工作模式

epoll對(duì)文件描述符的操作有兩種模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默認(rèn)模式，LT模式與ET模式的區(qū)別如下：

LT模式：當(dāng)epoll_wait檢測(cè)到描述符事件發(fā)生并將此事件通知應(yīng)用程序，應(yīng)用程序可以不立即處理該事件。下次調(diào)用epoll_wait時(shí)，會(huì)再次響應(yīng)應(yīng)用程序并通知此事件。

ET模式：當(dāng)epoll_wait檢測(cè)到描述符事件發(fā)生并將此事件通知應(yīng)用程序，應(yīng)用程序必須立即處理該事件。如果不處理，下次調(diào)用epoll_wait時(shí)，不會(huì)再次響應(yīng)應(yīng)用程序并通知此事件。

ET模式在很大程度上減少了epoll事件被重復(fù)觸發(fā)的次數(shù)，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的時(shí)候，必須使用非阻塞套接口，以避免由于一個(gè)文件句柄的阻塞讀/阻塞寫(xiě)操作把處理多個(gè)文件描述符的任務(wù)餓死。

4、測(cè)試程序

編寫(xiě)一個(gè)服務(wù)器回射程序echo，練習(xí)epoll過(guò)程。

服務(wù)器代碼如下所示：

#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

//函數(shù)聲明
//創(chuàng)建套接字并進(jìn)行綁定
static int socket_bind(const char* ip,int port);
//IO多路復(fù)用epoll
static void do_epoll(int listenfd);
//事件處理函數(shù)
static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
//處理接收到的連接
static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
//讀處理
static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
//寫(xiě)處理
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);
//刪除事件
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);
  //創(chuàng)建一個(gè)描述符
  epollfd = epoll_create(FDSIZE);
  //添加監(jiān)聽(tīng)描述符事件
  add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
  for ( ; ; )
  {
    //獲取已經(jīng)準(zhǔn)備好的描述符事件
    ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
    handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
  }
  close(epollfd);
}

static void
handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
{
  int i;
  int fd;
  //進(jìn)行選好遍歷
  for (i = 0;i < num;i++)
  {
    fd = events[i].data.fd;
    //根據(jù)描述符的類(lèi)型和事件類(lèi)型進(jìn)行處理
    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);
    //添加一個(gè)客戶(hù)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);
    //修改描述符對(duì)應(yīng)的事件，由讀改為寫(xiě)
    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);
  }
  else
    modify_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);
}

客戶(hù)端也用epoll實(shí)現(xiàn)，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三個(gè)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 20

static void handle_connection(int sockfd);
static void
handle_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));
  //處理連接
  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 void
handle_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);
    else
      modify_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);
}

5、測(cè)試結(jié)果

以上就是小編為大家?guī)?lái)的IO多路復(fù)用之epoll全面總結(jié)(必看篇)全部?jī)?nèi)容了，希望大家多多支持腳本之家~

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