文章目录
- 前言
- 一、epoll的基本使用
- 二、epoll实现回声服务器实例
前言
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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。
一、epoll的基本使用
epoll的接口非常简单,一共就三个函数:
-
epoll_create
:创建一个epoll的句柄 -
epoll_ctl
:epoll的事件注册函数 -
epoll_wait
:等待事件的产生
首先是epoll_create
函数:
int epoll_create (int __size)
它只有一个参数,用来告诉系统这个监听的数目一共有多大,但这个参数不同于select
中的第一个参数。而是我们真实要监听的文件数量(事实上,在新版的Linux内核中,该值已经被忽略,只要大于0即可)
需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,所以在使用完epoll后,必须调用close()关闭
然后是epoll_ctl
函数:
int epoll_ctl (int __epfd, int __op, int __fd,epoll_event *__event)
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 - 第二个参数表示要执行的动作,有以下几种参数可填:
-
EPOLL_CTL_ADD
:注册新的文件标识符到epfd
中 -
EPOLL_CTL_MOD
:修改已经注册的fd的监听事件 -
EPOLL_CTL_DEL
:从epfd中删除一个文件标识符
- 第三个参数是需要监听的文件标识符
- 第四个参数是告诉内核需要监听什么事,
结构体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 */
} __EPOLL_PACKED;
其中events
参数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
而data
则一般用于携带附加数据,比如网络编程中的套接字文件的fd
最后是epoll_wait
函数:
int epoll_wait (int __epfd, struct epoll_event *__events,int __maxevents, int __timeout)
- 第一个参数就是前面
epoll_create
函数的返回值 - 参数
events
用来从系统内核得到事件的集合 -
maxevents
告知内核这个events
有多大,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将永久阻塞(直到有事件发生)
- 该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。
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。
前提先包含一个头文件:
#include <sys/epoll.h>
然后通过create_epoll
来创建一个epoll
,其参数为你epoll
所支持的最大数量(已忽略)。
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,每次调用epoll_wait
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,直到有事件发生,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,则等待。
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
函数之后应该是一个循环,遍利所有的事件。
二、epoll实现回声服务器实例
几乎所有的epoll程序都使用下面的框架:
while(true)
{
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
}
}
}
下面给出一个简单的回声服务器端的例子:
#include <cstdio>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/epoll.h>
int main() {
int sockListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
printf("监听套接字文件描述符:%d\n", sockListen);
sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(5000);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
int ret = bind(sockListen, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
if (ret == -1) {
printf("绑定失败!");
return;
}
listen(sockListen, 5);
sockaddr_in cliAddr;
socklen_t len = sizeof(cliAddr);
int fdEp = epoll_create(1);
epoll_event eve;
eve.data.fd = sockListen;
eve.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(fdEp, EPOLL_CTL_ADD, sockListen, &eve);
epoll_event AllEve[100];
while (1) {
int ret = epoll_wait(fdEp, AllEve, 100, -1);
if (ret == -1) {
printf("select 出错!\n");
break;
}
for (int i = 0; i < ret; i++) {
if (AllEve[i].data.fd == sockListen) {
int clisock = accept(sockListen, (sockaddr*)&cliAddr, &len);
if (clisock == -1) {
printf("接收客户端错误");
continue;
}
eve.data.fd = clisock;
eve.events = EPOLLIN;
epoll_ctl(fdEp, EPOLL_CTL_ADD, clisock, &eve);
}
else {
char buf[0xFF]{};
size_t len = recv(AllEve[i].data.fd, buf, 0xFF, 0);
if (len <= 0) {
printf("客户端已经断开连接!\n");
epoll_ctl(fdEp, EPOLL_CTL_DEL, AllEve[i].data.fd, NULL);
close(AllEve[i].data.fd);
break;
}
send(AllEve[i].data.fd, buf, len, 0);
}
}
}
close(fdEp);
close(sockListen);
}
客户端可以直接连接到这个服务器。