epoll简介
epoll
是Linux内核中的一种可扩展IO事件处理机制,最早在 Linux 2.5.44内核中引入,可被用于代替POSIX select 和 poll 系统调用,并且在具有大量应用程序请求时能够获得较好的性能( 此时被监视的文件描述符数目非常大,与旧的 select 和 poll 系统调用完成操作所需 O(n) 不同, epoll能在O(1)时间内完成操作,所以性能相当高),epoll 与 FreeBSD的kqueue类似,都向用户空间提供了自己的文件描述符来进行操作。
|
int epoll_create(int size);
创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核需要监听的数目一共有多大。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。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件注册函数,第一个参数是 epoll_create() 的返回值,第二个参数表示动作,使用如下三个宏来表示:
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。
当对方关闭连接(FIN), EPOLLERR,都可以认为是一种EPOLLIN事件,在read的时候分别有0,-1两个返回值。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
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。
EPOLL事件有两种模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET):
LT(level triggered,水平触发模式)
(1)缺省的工作方式。
(2)同时支持 block 和 non-block socket。
(3)在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你 的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。
ET(edge-triggered,边缘触发模式)
(1)高速工作方式。
(2)只支持no-block socket。
(3)在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述 符发送更多的就绪通知,等到下次有新的数据进来的时候才会再次出发就绪事件。
epoll 例子
事件循环:
#define MAXEVENTS 64 int main (int argc, char *argv[]) { int sfd, s; int efd; struct epoll_event event; struct epoll_event *events; if (argc != 2) { fprintf (stderr, "Usage: %s [port]\n", argv[0]); exit (EXIT_FAILURE); } sfd = create_and_bind (argv[1]); if (sfd == -1) abort (); s = make_socket_non_blocking (sfd); if (s == -1) abort (); s = listen (sfd, SOMAXCONN); if (s == -1) { perror ("listen"); abort (); } efd = epoll_create1 (0); if (efd == -1) { perror ("epoll_create"); abort (); } event.data.fd = sfd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, sfd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } /* Buffer where events are returned */ events = calloc (MAXEVENTS, sizeof event); /* The event loop */ while (1) { int n, i; n = epoll_wait (efd, events, MAXEVENTS, -1); for (i = 0; i < n; i++) { if ((events[i].events & EPOLLERR) ||
(events[i].events & EPOLLHUP) ||
(!(events[i].events & EPOLLIN))) { /* An error has occured on this fd, or the socket is not
ready for reading (why were we notified then?) */ fprintf (stderr, "epoll error\n"); close (events[i].data.fd); continue; } else if (sfd == events[i].data.fd) { /* We have a notification on the listening socket, which
means one or more incoming connections. */ while (1) { struct sockaddr in_addr; socklen_t in_len; int infd; char hbuf[NI_MAXHOST], sbuf[NI_MAXSERV]; in_len = sizeof in_addr; infd = accept (sfd, &in_addr, &in_len); if (infd == -1) { if ((errno == EAGAIN) ||
(errno == EWOULDBLOCK)) { /* We have processed all incoming
connections. */ break; } else { perror ("accept"); break; } } s = getnameinfo (&in_addr, in_len, hbuf, sizeof hbuf, sbuf, sizeof sbuf, NI_NUMERICHOST | NI_NUMERICSERV); if (s == 0) { printf("Accepted connection on descriptor %d " "(host=%s, port=%s)\n", infd, hbuf, sbuf); } /* Make the incoming socket non-blocking and add it to the
list of fds to monitor. */ s = make_socket_non_blocking (infd); if (s == -1) abort (); event.data.fd = infd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; s = epoll_ctl (efd, EPOLL_CTL_ADD, infd, &event); if (s == -1) { perror ("epoll_ctl"); abort (); } } continue; } else { /* We have data on the fd waiting to be read. Read and
display it. We must read whatever data is available
completely, as we are running in edge-triggered mode
and won't get a notification again for the same
data. */ int done = 0; while (1) { ssize_t count; char buf[512]; count = read (events[i].data.fd, buf, sizeof buf);
if (count == -1)
{
/* If errno == EAGAIN, that means we have read all
data. So go back to the main loop. */
if (errno != EAGAIN)
{
perror ("read");
done = 1;
}
break;
}
else if (count == 0)
{
/* End of file. The remote has closed the
connection. */
done = 1;
break;
}
/* Write the buffer to standard output */
s = write (1, buf, count); if (s == -1) { perror ("write"); abort (); } } if (done) { printf ("Closed connection on descriptor %d\n", events[i].data.fd); /* Closing the descriptor will make epoll remove it
from the set of descriptors which are monitored. */ close (events[i].data.fd); } } } } free (events); close (sfd); return EXIT_SUCCESS; }
main() 首先调用 create_and_bind() 建立套接字,然后将其设置为非阻塞的,再调用 listen(2)。之后创建一个epoll 实例 efd(文件描述符),并将其加入到sfd的监听套接字中以边沿触发方式等待事件输入。
外层的 while 循环是主事件循环,它调用了 epoll_wait(2),此时线程仍然被阻塞等待事件,当事件可用时,epoll_wait(2) 将会在events参数中返回可用事件。
epoll 实例 efd 在每次事件到来并需要添加新的监听时就会得到更新,并删除死亡的链接。
当事件可用时(epoll_wait()返回时),可能有一下三种类型:
- Errors: 当错误情况出现时,或者不是与读取数据相关的事件通告,我们只是关闭相关的描述符,关闭该描述符会自动的将其从被epoll 实例 efd 监听的的集合中删除。
- New connections: 当监听的文件描述符 sfd 可读时,此时会有一个或多个新的连接到来,当新连接到来时,accept(2) 该连接,并打印一条信息,将其设置为非阻塞的并把它加入到被 epoll 实例监听的集合中。
- Client data: 当数据在客户端描述符可用时,我们使用 read(2) 在一个内部循环中每次读取512 字节数据。由于我们必须读取所有的可用数据,此时我们并不能获取更多的事件,因为描述符是以边沿触发监听的,读取的数据被写到 stdout (fd=1) (write(2))。如果 read(2) 返回 0,意味着到了文件末尾EOF,我们可以关闭客户端连接,如果返回 -1,
errno
会被设置成EAGAIN
, 这意味着所有的数据已经被读取,可以返回主循环了。