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epoll使用详解(精髓) 2012-11-21 15:23:04

分类: LINUX

epoll - I/O event notification facility

在linux的网络编程中,很长的时间都在使用select来做事件触发。在linux新的内核中,有了一种替换它的机制,就是epoll。
相比于select,epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率。因为在内核中的select实现中,它是采用轮询来处理的,轮询的fd数目越多,自然耗时越多。并且,在linux/posix_types.h头文件有这样的声明:
#define __FD_SETSIZE    1024
表示select最多同时监听1024个fd,当然,可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目,但这似乎并不治本。

epoll的接口非常简单,一共就三个函数:
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,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:

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。


4、关于ET、LT两种工作模式:
可以得出这样的结论:
ET 模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直 read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理 就会一直通知下去的.


那么究竟如何来使用epoll呢?其实非常简单。
通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首 先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄,其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄,之后的所有操作 将通过这个句柄来进行操作。在用完之后,记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面,每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口,看哪一个可以读,哪一个可以写了。基本的语法为:
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其 中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄,events是一个epoll_event*的指针,当epoll_wait这个函数操作成功 之后,epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时,为0的时候表示马上返回,为-1的时候表示一直等下去,直到有事件范围,为任意正整数的时候表示等这么长的时间,如果一直没 有事件,则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话,可以用-1来等,这样可以保证一些效率,如果是和主逻辑在同一个线程的话,则可以用0来保证主循环 的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环,遍利所有的事件。

几乎所有的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) //有新的连接
            {
                connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
                ev.data.fd=connfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中
            }
            else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据,读socket
            {
                n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //读
                ev.data.ptr = md;     //md为自定义类型,添加数据
                ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符,等待下一个循环时发送数据,异步处理的精髓
            }
            else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送,写socket
            {
                struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取数据
                sockfd = md->fd;
                send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //发送数据
                ev.data.fd=sockfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符,等待下一个循环时接收数据
            }
            else
            {
                //其他的处理
            }
        }
    }



下面给出一个完整的服务器端例子:

点击(此处)折叠或打开

  1. #include <iostream>
  2. #include <sys/socket.h>
  3. #include <sys/epoll.h>
  4. #include <netinet/in.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <fcntl.h>
  7. #include <unistd.h>
  8. #include <stdio.h>
  9. #include <errno.h>

  10. using namespace std;

  11. #define MAXLINE 5
  12. #define OPEN_MAX 100
  13. #define LISTENQ 20
  14. #define SERV_PORT 5000
  15. #define INFTIM 1000

  16. void setnonblocking(int sock)
  17. {
  18.     int opts;
  19.     opts=fcntl(sock,F_GETFL);
  20.     if(opts<0)
  21.     {
  22.         perror("fcntl(sock,GETFL)");
  23.         exit(1);
  24.     }
  25.     opts = opts|O_NONBLOCK;
  26.     if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0)
  27.     {
  28.         perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");
  29.         exit(1);
  30.     }
  31. }

  32. int main(int argc, char* argv[])
  33. {
  34.     int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;
  35.     ssize_t n;
  36.     char line[MAXLINE];
  37.     socklen_t clilen;


  38.     if ( 2 == argc )
  39.     {
  40.         if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 )
  41.         {
  42.             fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
  43.             return 1;
  44.         }
  45.     }
  46.     else
  47.     {
  48.         fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
  49.         return 1;
  50.     }



  51.     //声明epoll_event结构体的变量,ev用于注册事件,数组用于回传要处理的事件

  52.     struct epoll_event ev,events[20];
  53.     //生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符

  54.     epfd=epoll_create(256);
  55.     struct sockaddr_in clientaddr;
  56.     struct sockaddr_in serveraddr;
  57.     listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  58.     //把socket设置为非阻塞方式

  59.     //setnonblocking(listenfd);

  60.     //设置与要处理的事件相关的文件描述符

  61.     ev.data.fd=listenfd;
  62.     //设置要处理的事件类型

  63.     ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
  64.     //ev.events=EPOLLIN;

  65.     //注册epoll事件

  66.     epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
  67.     bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  68.     serveraddr.sin_family = AF_INET;
  69.     char *local_addr="127.0.0.1";
  70.     inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);

  71.     serveraddr.sin_port=htons(portnumber);
  72.     bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  73.     listen(listenfd, LISTENQ);
  74.     maxi = 0;
  75.     for ( ; ; ) {
  76.         //等待epoll事件的发生

  77.         nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);
  78.         //处理所发生的所有事件

  79.         for(i=0;i<nfds;++i)
  80.         {
  81.             if(events[i].data.fd==listenfd)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口,建立新的连接。

  82.             {
  83.                 connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
  84.                 if(connfd<0){
  85.                     perror("connfd<0");
  86.                     exit(1);
  87.                 }
  88.                 //setnonblocking(connfd);

  89.                 char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
  90.                 cout << "accapt a connection from " << str << endl;
  91.                 //设置用于读操作的文件描述符

  92.                 ev.data.fd=connfd;
  93.                 //设置用于注测的读操作事件

  94.                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
  95.                 //ev.events=EPOLLIN;

  96.                 //注册ev

  97.                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
  98.             }
  99.             else if(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户,并且收到数据,那么进行读入。

  100.             {
  101.                 cout << "EPOLLIN" << endl;
  102.                 if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0)
  103.                     continue;
  104.                 if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {
  105.                     if (errno == ECONNRESET) {
  106.                         close(sockfd);
  107.                         events[i].data.fd = -1;
  108.                     } else
  109.                         std::cout<<"readline error"<<std::endl;
  110.                 } else if (n == 0) {
  111.                     close(sockfd);
  112.                     events[i].data.fd = -1;
  113.                 }
  114.                 line[n] = '/0';
  115.                 cout << "read " << line << endl;
  116.                 //设置用于写操作的文件描述符

  117.                 ev.data.fd=sockfd;
  118.                 //设置用于注测的写操作事件

  119.                 ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
  120.                 //修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT

  121.                 //epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);

  122.             }
  123.             else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送

  124.             {
  125.                 sockfd = events[i].data.fd;
  126.                 write(sockfd, line, n);
  127.                 //设置用于读操作的文件描述符

  128.                 ev.data.fd=sockfd;
  129.                 //设置用于注测的读操作事件

  130.                 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
  131.                 //修改sockfd上要处理的事件为EPOLIN

  132.                 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
  133.             }
  134.         }
  135.     }
  136.     return 0;
  137. }

客户端直接连接到这个服务器就好了。。
转自:http://blog.chinaunix.net/u/16292/showart_1844376.html
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