IO多路复用之epoll全面总结(必看篇)

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1、基本知识

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。

2、epoll接口

epoll操作过程需要三个接口，分别如下：

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#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);

（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：

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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。

3、工作模式

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。

4、测试程序

编写一个服务器回射程序echo，练习epoll过程。

服务器代码如下所示：

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#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <errno.h>   #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/epoll.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h>   #define ipaddress  "127.0.0.1" #define port    8787 #define maxsize   1024 #define listenq   5 #define fdsize   1000 #define epollevents 100   //函数声明 //创建套接字并进行绑定 static int socket_bind(const char* ip,int port); //io多路复用epoll static void do_epoll(int listenfd); //事件处理函数 static void handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf); //处理接收到的连接 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd); //读处理 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf); //写处理 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf); //添加事件 static void add_event(int epollfd,int fd,int state); //修改事件 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state); //删除事件 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);   int main(int argc,char *argv[]) {   int listenfd;   listenfd = socket_bind(ipaddress,port);   listen(listenfd,listenq);   do_epoll(listenfd);   return 0; }   static int socket_bind(const char* ip,int port) {   int listenfd;   struct sockaddr_in servaddr;   listenfd = socket(af_inet,sock_stream,0);   if (listenfd == -1)   {     perror("socket error:");     exit(1);   }   bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));   servaddr.sin_family = af_inet;   inet_pton(af_inet,ip,&servaddr.sin_addr);   servaddr.sin_port = htons(port);   if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)   {     perror("bind error: ");     exit(1);   }   return listenfd; }   static void do_epoll(int listenfd) {   int epollfd;   struct epoll_event events[epollevents];   int ret;   char buf[maxsize];   memset(buf,0,maxsize);   //创建一个描述符   epollfd = epoll_create(fdsize);   //添加监听描述符事件   add_event(epollfd,listenfd,epollin);   for ( ; ; )   {     //获取已经准备好的描述符事件     ret = epoll_wait(epollfd,events,epollevents,-1);     handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);   }   close(epollfd); }   static void handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf) {   int i;   int fd;   //进行选好遍历   for (i = 0;i < num;i++)   {     fd = events.data.fd;     //根据描述符的类型和事件类型进行处理     if ((fd == listenfd) &&(events.events & epollin))       handle_accpet(epollfd,listenfd);     else if (events.events & epollin)       do_read(epollfd,fd,buf);     else if (events.events & epollout)       do_write(epollfd,fd,buf);   } } static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd) {   int clifd;   struct sockaddr_in cliaddr;   socklen_t cliaddrlen;   clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);   if (clifd == -1)     perror("accpet error:");   else   {     printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);     //添加一个客户描述符和事件     add_event(epollfd,clifd,epollin);   } }   static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf) {   int nread;   nread = read(fd,buf,maxsize);   if (nread == -1)   {     perror("read error:");     close(fd);     delete_event(epollfd,fd,epollin);   }   else if (nread == 0)   {     fprintf(stderr,"client close.\n");     close(fd);     delete_event(epollfd,fd,epollin);   }   else   {     printf("read message is : %s",buf);     //修改描述符对应的事件，由读改为写     modify_event(epollfd,fd,epollout);   } }   static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf) {   int nwrite;   nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));   if (nwrite == -1)   {     perror("write error:");     close(fd);     delete_event(epollfd,fd,epollout);   }   else     modify_event(epollfd,fd,epollin);   memset(buf,0,maxsize); }   static void add_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_add,fd,&ev); }   static void delete_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_del,fd,&ev); }   static void modify_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_mod,fd,&ev); }

客户端也用epoll实现，控制stdin_fileno、stdout_fileno、和sockfd三个描述符，程序如下所示：

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#include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <sys/epoll.h> #include <time.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h>   #define maxsize   1024 #define ipaddress  "127.0.0.1" #define serv_port  8787 #define fdsize    1024 #define epollevents 20   static void handle_connection(int sockfd); static void handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf); static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf); static void add_event(int epollfd,int fd,int state); static void delete_event(int epollfd,int fd,int state); static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);   int main(int argc,char *argv[]) {   int         sockfd;   struct sockaddr_in servaddr;   sockfd = socket(af_inet,sock_stream,0);   bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));   servaddr.sin_family = af_inet;   servaddr.sin_port = htons(serv_port);   inet_pton(af_inet,ipaddress,&servaddr.sin_addr);   connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));   //处理连接   handle_connection(sockfd);   close(sockfd);   return 0; }     static void handle_connection(int sockfd) {   int epollfd;   struct epoll_event events[epollevents];   char buf[maxsize];   int ret;   epollfd = epoll_create(fdsize);   add_event(epollfd,stdin_fileno,epollin);   for ( ; ; )   {     ret = epoll_wait(epollfd,events,epollevents,-1);     handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);   }   close(epollfd); }   static void handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf) {   int fd;   int i;   for (i = 0;i < num;i++)   {     fd = events.data.fd;     if (events.events & epollin)       do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);     else if (events.events & epollout)       do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);   } }   static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf) {   int nread;   nread = read(fd,buf,maxsize);     if (nread == -1)   {     perror("read error:");     close(fd);   }   else if (nread == 0)   {     fprintf(stderr,"server close.\n");     close(fd);   }   else   {     if (fd == stdin_fileno)       add_event(epollfd,sockfd,epollout);     else     {       delete_event(epollfd,sockfd,epollin);       add_event(epollfd,stdout_fileno,epollout);     }   } }   static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf) {   int nwrite;   nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));   if (nwrite == -1)   {     perror("write error:");     close(fd);   }   else   {     if (fd == stdout_fileno)       delete_event(epollfd,fd,epollout);     else       modify_event(epollfd,fd,epollin);   }   memset(buf,0,maxsize); }   static void add_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_add,fd,&ev); }   static void delete_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_del,fd,&ev); }   static void modify_event(int epollfd,int fd,int state) {   struct epoll_event ev;   ev.events = state;   ev.data.fd = fd;   epoll_ctl(epollfd,epoll_ctl_mod,fd,&ev); }

5、测试结果

以上就是小编为大家带来的io多路复用之epoll全面总结(必看篇)全部内容了，希望大家多多支持~