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epoll使用详解

發布時間：2023/11/27 生活经验 37 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 epoll使用详解 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
epoll的工作原理是，你如果想進行IO操作時，先向epoll查詢是否可讀或可寫，如果處于可讀或可寫狀態后，epoll會通過epoll_wait函數通知你，此時你再進行進一步的recv或send操作。epoll僅僅是一個異步事件的通知機制，其本身并不作任何的IO讀寫操作，它只負責告訴你是不是可以讀或可以寫了，而具體的讀寫操作，還要應用層自己來作。epoll僅提供這種機制也是非常好的，它保持了事件通知與IO操作之間彼此的獨立性，使得epoll的使用更加靈活。epoll用到的所有函數都是在頭文件sys/epoll.h中聲明的，下面簡要說明所用到的數據結構和函數：
所用到的數據結構
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
結構體epoll_event 被用于注冊所感興趣的事件和回傳所發生待處理的事件，epoll_data 聯合體用來保存觸發事件的某個文件描述符相關的數據，例如一個client連接到服務器，服務器通過調用accept函數可以得到與這個client對應的socket文件描述符，可以把這文件描述符賦給epoll_data的fd字段以便后面的讀寫操作在這個文件描述符上進行a、*ptr: 通過指針ptr攜帶應用層數據, 當事件的通知到來時，它不僅告訴你發生了什么樣的事件，還同時告訴這次事件所操作的數據是哪些epoll_event 結構體的events字段是表示感興趣的事件和被觸發的事件可能的取值為：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；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這里應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET：表示對應的文件描述符有事件發生；所用到的函數：
1、epoll_create函數
函數聲明：int epoll_create(int size)
該函數生成一個epoll專用的文件描述符，其中的參數是指定生成描述符的最大范圍2、epoll_ctl函數
函數聲明：int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
該函數用于控制某個文件描述符上的事件，可以注冊事件，修改事件，刪除事件。
參數： epfd：由 epoll_create 生成的epoll專用的文件描述符；
op：要進行的操作例如注冊事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 注冊、EPOLL_CTL_MOD 修
改、EPOLL_CTL_DEL 刪除
fd：關聯的文件描述符；
event：指向epoll_event的指針；
如果調用成功返回0,不成功返回-1
3、epoll_wait函數函數聲明：int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout)
該函數用于輪詢I/O事件的發生；
參數：
epfd:由epoll_create 生成的epoll專用的文件描述符；
epoll_event:用于回傳代處理事件的數組；
maxevents:每次能處理的事件數；
timeout:等待I/O事件發生的超時值；
返回發生事件數。

?

?

在linux的網絡編程中，很長的時間都在使用select來做事件觸發。在linux新的內核中，有了一種替換它的機制，就是epoll。
相比于select，epoll最大的好處在于它不會隨著監聽fd數目的增長而降低效率。因為在內核中的select實現中，它是采用輪詢來處理的，輪詢的fd數目越多，自然耗時越多。并且，在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明：
#define __FD_SETSIZE??? 1024
表示select最多同時監聽1024個fd，當然，可以通過修改頭文件再重編譯內核來擴大這個數目，但這似乎并不治本。

epoll的接口非常簡單，一共就三個函數：
1. int epoll_create(int size);
創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。這個參數不同于select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當創建好epoll句柄后，它就是會占用一個fd值，在linux下如果查看/proc/進程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll后，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。


2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什么類型的事件，而是在這里先注冊要監聽的事件類型。第一個參數是epoll_create()的返回值，第二個參數表示動作，用三個宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經注冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數是需要監聽的fd，第四個參數是告訴內核需要監聽什么事，struct epoll_event結構如下：

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

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

events可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這里應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對于水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之后，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列里


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產生，類似于select()調用。參數events用來從內核得到事件的集合，maxevents告之內核這個events有多大，這個 maxevents的值不能大于創建epoll_create()時的size，參數timeout是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1將不確定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。


4、關于ET、LT兩種工作模式：
可以得出這樣的結論:
ET模式僅當狀態發生變化的時候才獲得通知,這里所謂的狀態的變化并不包括緩沖區中還有未處理的數據,也就是說,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出錯為止,很多人反映為什么采用ET模式只接收了一部分數據就再也得不到通知了,大多因為這樣;而LT模式是只要有數據沒有處理就會一直通知下去的.


那么究竟如何來使用epoll呢？其實非常簡單。
通過在包含一個頭文件#include <sys/epoll.h> 以及幾個簡單的API將可以大大的提高你的網絡服務器的支持人數。

首先通過create_epoll(int maxfds)來創建一個epoll的句柄，其中maxfds為你epoll所支持的最大句柄數。這個函數會返回一個新的epoll句柄，之后的所有操作將通過這個句柄來進行操作。在用完之后，記得用close()來關閉這個創建出來的epoll句柄。

之后在你的網絡主循環里面，每一幀的調用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)來查詢所有的網絡接口，看哪一個可以讀，哪一個可以寫了。基本的語法為：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd為用epoll_create創建之后的句柄，events是一個epoll_event*的指針，當epoll_wait這個函數操作成功之后，epoll_events里面將儲存所有的讀寫事件。max_events是當前需要監聽的所有socket句柄數。最后一個timeout是 epoll_wait的超時，為0的時候表示馬上返回，為-1的時候表示一直等下去，直到有事件范圍，為任意正整數的時候表示等這么長的時間，如果一直沒有事件，則范圍。一般如果網絡主循環是單獨的線程的話，可以用-1來等，這樣可以保證一些效率，如果是和主邏輯在同一個線程的話，則可以用0來保證主循環的效率。

epoll_wait范圍之后應該是一個循環，遍利所有的事件。

幾乎所有的epoll程序都使用下面的框架：

??? for( ; ; )
??? {
??????? nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
??????? for(i=0;i<nfds;++i)
??????? {
??????????? if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的連接
??????????? {
??????????????? connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept這個連接
??????????????? ev.data.fd=connfd;
??????????????? ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
??????????????? epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //將新的fd添加到epoll的監聽隊列中
??????????? }
??????????? else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到數據，讀socket
??????????? {
??????????????? n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0??? //讀
??????????????? ev.data.ptr = md;???? //md為自定義類型，添加數據
??????????????? ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
??????????????? epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改標識符，等待下一個循環時發送數據，異步處理的精髓
??????????? }
??????????? else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有數據待發送，寫socket
??????????? {
??????????????? struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;??? //取數據
??????????????? sockfd = md->fd;
??????????????? send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );??????? //發送數據
??????????????? ev.data.fd=sockfd;
??????????????? ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
??????????????? epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改標識符，等待下一個循環時接收數據
??????????? }
??????????? else
??????????? {
??????????????? //其他的處理
??????????? }
??????? }
??? }



下面給出一個完整的服務器端例子：


#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>

using namespace std;

#define MAXLINE 5
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5000
#define INFTIM 1000

void setnonblocking(int sock)
{
??? int opts;
??? 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);
??? }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
??? int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;
??? ssize_t n;
??? char line[MAXLINE];
??? socklen_t clilen;


??? if ( 2 == argc )
??? {
??????? if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 )
??????? {
??????????? fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
??????????? return 1;
??????? }
??? }
??? else
??? {
??????? fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
??????? return 1;
??? }



??? //聲明epoll_event結構體的變量,ev用于注冊事件,數組用于回傳要處理的事件

??? struct epoll_event ev,events[20];
??? //生成用于處理accept的epoll專用的文件描述符

??? epfd=epoll_create(256);
??? struct sockaddr_in clientaddr;
??? struct sockaddr_in serveraddr;
??? listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
??? //把socket設置為非阻塞方式

??? //setnonblocking(listenfd);

??? //設置與要處理的事件相關的文件描述符

??? ev.data.fd=listenfd;
??? //設置要處理的事件類型

??? ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
??? //ev.events=EPOLLIN;

??? //注冊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);

??? serveraddr.sin_port=htons(portnumber);
??? bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
??? listen(listenfd, LISTENQ);
??? maxi = 0;
??? for ( ; ; ) {
??????? //等待epoll事件的發生

??????? nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);
??????? //處理所發生的所有事件

??????? for(i=0;i<nfds;++i)
??????? {
??????????? if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新監測到一個SOCKET用戶連接到了綁定的SOCKET端口，建立新的連接。

??????????? {
??????????????? connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
??????????????? if(connfd<0){
??????????????????? perror("connfd<0");
??????????????????? exit(1);
??????????????? }
??????????????? //setnonblocking(connfd);

??????????????? char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
??????????????? cout << "accapt a connection from " << str << endl;
??????????????? //設置用于讀操作的文件描述符

??????????????? ev.data.fd=connfd;
??????????????? //設置用于注測的讀操作事件

??????????????? ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
??????????????? //ev.events=EPOLLIN;

??????????????? //注冊ev

??????????????? epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
??????????? }
??????????? else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已經連接的用戶，并且收到數據，那么進行讀入。

??????????? {
??????????????? cout << "EPOLLIN" << endl;
??????????????? 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
??????????????????????? std::cout<<"readline error"<<std::endl;
??????????????? } else if (n == 0) {
??????????????????? close(sockfd);
??????????????????? events[i].data.fd = -1;
??????????????? }
??????????????? line[n] = '/0';
??????????????? cout << "read " << line << endl;
??????????????? //設置用于寫操作的文件描述符

??????????????? ev.data.fd=sockfd;
??????????????? //設置用于注測的寫操作事件

??????????????? ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
??????????????? //修改sockfd上要處理的事件為EPOLLOUT

??????????????? //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);

??????????? }
??????????? else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有數據發送

??????????? {
??????????????? sockfd = events[i].data.fd;
??????????????? write(sockfd, line, n);
??????????????? //設置用于讀操作的文件描述符

??????????????? ev.data.fd=sockfd;
??????????????? //設置用于注測的讀操作事件

??????????????? ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
??????????????? //修改sockfd上要處理的事件為EPOLIN

??????????????? epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
??????????? }
??????? }
??? }
??? return 0;
}


客戶端直接連接到這個服務器就好了。。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的epoll使用详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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