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IO多路复用之epoll总结

分类： LINUX

2014-12-02 14:35:24

转自: http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/17/3263780.html

1、基本知识

　　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。

2、epoll接口

　　epoll操作过程需要三个接口，分别如下：

点击(此处)折叠或打开

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

点击(此处)折叠或打开

  1. #include <sys/epoll.h>
  2. int epoll_create(int size);
  3. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
  4. 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：

点击(此处)折叠或打开

  1. struct epoll_event {
  2.   __uint32_t events; /* Epoll events */
  3.   epoll_data_t data; /* User data variable */
  4. };
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：

点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2.  #include <stdlib.h>
  3.  #include <string.h>
  4.  #include <errno.h>
  5.                                                                                              
  6.  #include <netinet/in.h>
  7.  #include <sys/socket.h>
  8.  #include <arpa/inet.h>
  9.  #include <sys/epoll.h>
  10.  #include <unistd.h>
  11.  #include <sys/types.h>
  12.                                                                                              
  13.  #define IPADDRESS "127.0.0.1"
  14.  #define PORT 8787
  15.  #define MAXSIZE 1024
  16.  #define LISTENQ 5
  17.  #define FDSIZE 1000
  18.  #define EPOLLEVENTS 100
  19.                                                                                              
  20.  //函数声明
  21.  //创建套接字并进行绑定
  22.  static int socket_bind(const char* ip,int port);
  23.  //IO多路复用epoll
  24.  static void do_epoll(int listenfd);
  25.  //事件处理函数
  26.  static void
  27.  handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
  28.  //处理接收到的连接
  29.  static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
  30.  //读处理
  31.  static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
  32.  //写处理
  33.  static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);
  34.  //添加事件
  35.  static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
  36.  //修改事件
  37.  static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
  38.  //删除事件
  39.  static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
  40.                                                                                              
  41.  int main(int argc,char *argv[])
  42.  {
  43.      int listenfd;
  44.      listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
  45.      listen(listenfd,LISTENQ);
  46.      do_epoll(listenfd);
  47.      return 0;
  48.  }
  49.                                                                                              
  50.  static int socket_bind(const char* ip,int port)
  51.  {
  52.      int listenfd;
  53.      struct sockaddr_in servaddr;
  54.      listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  55.      if (listenfd == -1)
  56.      {
  57.          perror("socket error:");
  58.          exit(1);
  59.      }
  60.      bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  61.      servaddr.sin_family = AF_INET;
  62.      inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
  63.      servaddr.sin_port = htons(port);
  64.      if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
  65.      {
  66.          perror("bind error: ");
  67.          exit(1);
  68.      }
  69.      return listenfd;
  70.  }
  71.                                                                                                                                                   
  72.  static void do_epoll(int listenfd)
  73.  {
  74.      int epollfd;
  75.      struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
  76.      int ret;
  77.      char buf[MAXSIZE];
  78.      memset(buf,0,MAXSIZE);
  79.      //创建一个描述符
  80.      epollfd = epoll_create(FDSIZE);
  81.      //添加监听描述符事件
  82.      add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
  83.      for ( ; ; )
  84.      {
  85.          //获取已经准备好的描述符事件
  86.          ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
  87.          handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
  88.      }
  89.      close(epollfd);
  90.  }
  91.                                                                                               
  92.  static void
  93.  handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
  94.  {
  95.      int i;
  96.      int fd;
  97.      //进行选好遍历
  98.      for (i = 0;i < num;i++)
  99.      {
  100.          fd = events[i].data.fd;
  101.          //根据描述符的类型和事件类型进行处理
  102.          if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))
  103.              handle_accpet(epollfd,listenfd);
  104.          else if (events[i].events & EPOLLIN)
  105.              do_read(epollfd,fd,buf);
  106.          else if (events[i].events & EPOLLOUT)
  107.              do_write(epollfd,fd,buf);
  108.      }
  109.  }
  110.  static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)
  111.  {
  112.      int clifd;
  113.      struct sockaddr_in cliaddr;
  114.      socklen_t cliaddrlen;
  115.      clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
  116.      if (clifd == -1)
  117.          perror("accpet error:");
  118.      else
  119.      {
  120.          printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
  121.          //添加一个客户描述符和事件
  122.          add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);
  123.      }
  124.  }
  125.                                                                                               
  126.  static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)
  127.  {
  128.      int nread;
  129.      nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
  130.      if (nread == -1)
  131.      {
  132.          perror("read error:");
  133.          close(fd);
  134.          delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
  135.      }
  136.      else if (nread == 0) //测试客户描述符是否准备好
  137.      { if (connfds[i].revents & POLLIN)
  138.          fprintf(stderr,"client close.\n"); {
  139.          close(fd); //接收客户端发送的信息
  140.          delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN); n = read(connfds[i].fd,buf,MAXLINE);
  141.      } if (n == 0)
  142.      else {
  143.      { close(connfds[i].fd);
  144.          printf("read message is : %s",buf); connfds[i].fd = -1;
  145.          //修改描述符对应的事件，由读改为写 continue;
  146.          modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT); }
  147.      } // printf("read msg is: ");
  148.  } write(STDOUT_FILENO,buf,n);
  149.                                                                                                           //向客户端发送buf
  150.  static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf) write(connfds[i].fd,buf,n);
  151.  { }
  152.      int nwrite; }
  153.      nwrite = write(fd,buf,strlen(buf)); }
  154.      if (nwrite == -1)
  155.      {
  156.          perror("write error:");
  157.          close(fd);
  158.          delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
  159.      }
  160.      else
  161.          modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
  162.      memset(buf,0,MAXSIZE);
  163.  }
  164.                                                                                              
  165.  static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
  166.  {
  167.      struct epoll_event ev;
  168.      ev.events = state;
  169.      ev.data.fd = fd;
  170.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
  171.  }
  172.                                                                                              
  173.  static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
  174.  {
  175.      struct epoll_event ev;
  176.      ev.events = state;
  177.      ev.data.fd = fd;
  178.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
  179.  }
  180.                                                                                              
  181.  static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
  182.  {
  183.      struct epoll_event ev;
  184.      ev.events = state;
  185.      ev.data.fd = fd;
  186.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
  187.  }
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：

点击(此处)折叠或打开

  1. #include <netinet/in.h>
  2.  #include <sys/socket.h>
  3.  #include <stdio.h>
  4.  #include <string.h>
  5.  #include <stdlib.h>
  6.  #include <sys/epoll.h>
  7.  #include <time.h>
  8.  #include <unistd.h>
  9.  #include <sys/types.h>
  10.  #include <arpa/inet.h>
  11.  
  12.  #define MAXSIZE 1024
  13.  #define IPADDRESS "127.0.0.1"
  14.  #define SERV_PORT 8787
  15.  #define FDSIZE 1024
  16.  #define EPOLLEVENTS 20
  17.  
  18.  static void handle_connection(int sockfd);
  19.  static void
  20.  handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
  21.  static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
  22.  static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
  23.  static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
  24.  static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
  25.  static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
  26.  static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
  27.  
  28.  int main(int argc,char *argv[])
  29.  {
  30.      int sockfd;
  31.      struct sockaddr_in servaddr;
  32.      sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  33.      bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  34.      servaddr.sin_family = AF_INET;
  35.      servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  36.      inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
  37.      connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
  38.      //处理连接
  39.      handle_connection(sockfd);
  40.      close(sockfd);
  41.      return 0;
  42.  }
  43.  
  44.  
  45.  static void handle_connection(int sockfd)
  46.  {
  47.      int epollfd;
  48.      struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
  49.      char buf[MAXSIZE];
  50.      int ret;
  51.      epollfd = epoll_create(FDSIZE);
  52.      add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);
  53.      for ( ; ; )
  54.      {
  55.          ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
  56.          handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
  57.      }
  58.      close(epollfd);
  59.  }
  60.  
  61.  static void
  62.  handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
  63.  {
  64.      int fd;
  65.      int i;
  66.      for (i = 0;i < num;i++)
  67.      {
  68.          fd = events[i].data.fd;
  69.          if (events[i].events & EPOLLIN)
  70.              do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);
  71.          else if (events[i].events & EPOLLOUT)
  72.              do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);
  73.      }
  74.  }
  75.  
  76.  static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
  77.  {
  78.      int nread;
  79.      nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
  80.          if (nread == -1)
  81.      {
  82.          perror("read error:");
  83.          close(fd);
  84.      }
  85.      else if (nread == 0)
  86.      {
  87.          fprintf(stderr,"server close.\n");
  88.          close(fd);
  89.      }
  90.      else
  91.      {
  92.          if (fd == STDIN_FILENO)
  93.              add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);
  94.          else
  95.          {
  96.              delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
  97.              add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);
  98.          }
  99.      }
  100.  }
  101.  
  102.  static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
  103.  {
  104.      int nwrite;
  105.      nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
  106.      if (nwrite == -1)
  107.      {
  108.          perror("write error:");
  109.          close(fd);
  110.      }
  111.      else
  112.      {
  113.          if (fd == STDOUT_FILENO)
  114.              delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
  115.          else
  116.              modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
  117.      }
  118.      memset(buf,0,MAXSIZE);
  119.  }
  120.  
  121.  static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
  122.  {
  123.      struct epoll_event ev;
  124.      ev.events = state;
  125.      ev.data.fd = fd;
  126.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
  127.  }
  128.  
  129.  static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
  130.  {
  131.      struct epoll_event ev;
  132.      ev.events = state;
  133.      ev.data.fd = fd;
  134.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
  135.  }
  136.  
  137.  static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
  138.  {
  139.      struct epoll_event ev;
  140.      ev.events = state;
  141.      ev.data.fd = fd;
  142.      epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
  143.  }

5、测试结果







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