epoll精讲

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：

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。
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

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。
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：

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>using namespace std;#define MAXLINE 5
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5000
#define INFTIM 1000void setnonblocking(int sock)
{int opts;opts=fcntl(sock,F_GETFL);if(opts<0){perror("fcntl(sock,GETFL)");exit(1);}opts = opts|O_NONBLOCK;if(fcntl(sock,F_SETFL,opts)<0){perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");exit(1);}
}int main(int argc, char* argv[])
{int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber;ssize_t n;char line[MAXLINE];socklen_t clilen;if ( 2 == argc ){if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 ){fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);return 1;}}else{fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);return 1;}//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struct epoll_event ev,events[20];//生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符epfd=epoll_create(256);struct sockaddr_in clientaddr;struct sockaddr_in serveraddr;listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//把socket设置为非阻塞方式//setnonblocking(listenfd);//设置与要处理的事件相关的文件描述符ev.data.fd=listenfd;//设置要处理的事件类型ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//ev.events=EPOLLIN;//注册epoll事件epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;char *local_addr="127.0.0.1";inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);serveraddr.sin_port=htons(portnumber);bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));listen(listenfd, LISTENQ);maxi = 0;for ( ; ; ) {//等待epoll事件的发生nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);//处理所发生的所有事件for(i=0;i<nfds;++i){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。{connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);if(connfd<0){perror("connfd<0");exit(1);}//setnonblocking(connfd);char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);cout << "accapt a connection from " << str << endl;//设置用于读操作的文件描述符ev.data.fd=connfd;//设置用于注测的读操作事件ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//ev.events=EPOLLIN;//注册evepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);}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。{cout << "EPOLLIN" << endl;if ( (sockfd = events[i].data.fd) < 0)continue;if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) {if (errno == ECONNRESET) {close(sockfd);events[i].data.fd = -1;} elsestd::cout<<"readline error"<<std::endl;} else if (n == 0) {close(sockfd);events[i].data.fd = -1;}line[n] = '/0';cout << "read " << line << endl;//设置用于写操作的文件描述符ev.data.fd=sockfd;//设置用于注测的写操作事件ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;//修改sockfd上要处理的事件为EPOLLOUT//epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);}else if(events[i].events&EPOLLOUT) // 如果有数据发送{sockfd = events[i].data.fd;write(sockfd, line, n);//设置用于读操作的文件描述符ev.data.fd=sockfd;//设置用于注测的读操作事件ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;//修改sockfd上要处理的事件为EPOLINepoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);}}}return 0;
}