I/O复用之epoll

概述

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。

epoll操作过程需要的四个接口函数

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

 

 

int epoll_create(int size);

功能

该函数生成一个epoll专用的文件描述符（其余的接口函数一般都用使用这个专用的文件描述符）

参数：

size: 用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，参数 size 并不是限制了 epoll 所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。自从 Linux 2.6.8 之后，size 参数是被忽略的，也就是说可以填只有大于 0 的任意值。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

 

返回值：

成功：epoll 专用的文件描述符

失败：-1

 

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

功能：

epoll 的事件注册函数，它不同于 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

 

参数：

epfd: epoll 专用的文件描述符，epoll_create()的返回值

op: 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；

 

fd: 需要监听的文件描述符

event: 告诉内核要监听什么事件，struct epoll_event 结构如下：

// 保存触发事件的某个文件描述符相关的数据（与具体使用方式有关）
typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;

// 感兴趣的事件和被触发的事件
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

 

 

 

返回值：

成功：0

失败：-1

 

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

功能：

等待事件的产生，收集在 epoll 监控的事件中已经发送的事件，类似于 select() 调用。

参数：

epfd: epoll 专用的文件描述符，epoll_create()的返回值

events: 分配好的 epoll_event 结构体数组，epoll 将会把发生的事件赋值到events 数组中（events 不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这events 数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存）。

maxevents: maxevents 告之内核这个 events 有多大 。

timeout: 超时时间，单位为毫秒，为 -1 时，函数为阻塞

返回值：

成功：返回需要处理的事件数目，如返回 0 表示已超时。

失败：-1

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

 int close(int epfd);

在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄

 

 

 

  epoll示例：

接下来我们epoll实现udp同时收发数据

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    int udpfd = 0;
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in saddr;
    struct sockaddr_in caddr;

    bzero(&saddr,sizeof(saddr));
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port   = htons(8000);
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    bzero(&caddr,sizeof(caddr));
    caddr.sin_family  = AF_INET;
    caddr.sin_port    = htons(8000);

    //创建套接字
    if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(-1);
    }

    //套接字端口绑字
    if(bind(udpfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)
    {
        perror("bind error");
        close(udpfd);
        exit(-1);
    }

    printf("input: "sayto 192.168.220.X" to sendmsg to somebody33[32m
");
    struct epoll_event event;   // 告诉内核要监听什么事件
    struct epoll_event wait_event;

    int epfd = epoll_create(10); // 创建一个 epoll 的句柄，参数要大于 0， 没有太大意义
    if( -1 == epfd ){
        perror ("epoll_create");
        return -1;
    }

    event.data.fd = 0;     // 标准输入
    event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读


    // 事件注册函数，将标准输入描述符 0 加入监听事件
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
    if(-1 == ret){
        perror("epoll_ctl");
        return -1;
    }

    event.data.fd = udpfd;     // 有名管道
    event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读

    // 事件注册函数，将有udp描述符udpfd 加入监听事件
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, udpfd, &event);
    if(-1 == ret){
        perror("epoll_ctl");
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        // 监视并等待多个文件（标准输入，udp套接字）描述符的属性变化（是否可读）
        // 没有属性变化，这个函数会阻塞，直到有变化才往下执行，这里没有设置超时
        ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, 2, -1);

        write(1,"UdpQQ:",6);

        if(ret == -1){ // 出错
            close(epfd);
            perror("epoll");
        }
        else if(ret > 0){ // 准备就绪的文件描述符
            char buf[100] = {0};
            if( ( 0 == wait_event.data.fd )
            && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ) ){ // 标准输入

                fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
                buf[strlen(buf) - 1] = '';
                if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)
                {
                    char ipbuf[16] = "";
                    inet_pton(AF_INET, buf+6, &caddr.sin_addr);//给addr套接字地址再赋值.
                    printf("
say to %s
",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)));
                    continue;
                }
                else if(strcmp(buf, "exit")==0)
                {
                    close(udpfd);
                    exit(0);
                }
                sendto(udpfd, buf, strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));

            }
            else if( ( udpfd == wait_event.data.fd )
            && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN )){ //udp套接字
                struct sockaddr_in addr;
                char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";
                socklen_t addrlen = sizeof(addr);

                bzero(&addr,sizeof(addr));

                recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, (struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
                printf("
33[31m[%s]:33[32m%s
",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf,sizeof(ipbuf)),buf);
            }

        }
        else if(0 == ret){ // 超时
            printf("time out
");
        }
    }

    return 0;
}