IO多路復用之epoll總結

阿新 • • 發佈：2017-07-19

io多路復用之epoll總結

IO多路復用之epoll總結

epoll是在2.6內核中提出的，是之前的select和poll的增強版本。相對於select和poll來說，epoll更加靈活，沒有描述符限制。epoll使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關系的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內核空間的copy只需一次。

epoll接口

epoll操作過程需要三個接口，分別如下：

#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);
　　創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。這個參數不同於select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要註意的是，當創建好epoll句柄後，它就是會占用一個fd值，在linux下如果查看/proc/進程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll後，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。

（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
　　epoll的事件註冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麽類型的事件

epoll的事件註冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麽類型的事件，而是在這裏先註冊要監聽的事件類型。第一個參數是epoll_create()的返回值，第二個參數表示動作，用三個宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數是需要監聽的fd，第四個參數是告訴內核需要監聽什麽事，struct epoll_event結構如下：

struct epoll_event {
  __uint32_t events;  /* Epoll events */
  epoll_data_t data;  /* User data variable */};

events可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這裏應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET：將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裏

（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
　　等待事件的產生，類似於select()調用。參數events用來從內核得到事件的集合，maxevents告之內核這個events有多大，這個maxevents的值不能大於創建epoll_create()時的size，參數timeout是超時時間（毫秒，0會立即返回，-1將不確定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已超時。

3、工作模式

　　epoll對文件描述符的操作有兩種模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默認模式，LT模式與ET模式的區別如下：

　　LT模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序可以不立即處理該事件。下次調用epoll_wait時，會再次響應應用程序並通知此事件。

　　ET模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序必須立即處理該事件。如果不處理，下次調用epoll_wait時，不會再次響應應用程序並通知此事件。

　　ET模式在很大程度上減少了epoll事件被重復觸發的次數，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以避免由於一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操作把處理多個文件描述符的任務餓死。

4、測試程序

　　編寫一個服務器回射程序echo，練習epoll過程。

服務器代碼如下所示

#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

//函數聲明

//創建套接字並進行綁定

static int socket_bind(const char* ip,int port);

//IO多路復用epoll

static void do_epoll(int listenfd);

//事件處理函數

static void

handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);

//處理接收到的連接

static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);

//讀處理

static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);

//寫處理

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);

//刪除事件

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);

//創建一個描述符

epollfd = epoll_create(FDSIZE);

//添加監聽描述符事件

add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);

for ( ; ; )

{

//獲取已經準備好的描述符事件

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;

//進行選好遍歷

for (i = 0;i < num;i++)

{

fd = events[i].data.fd;

//根據描述符的類型和事件類型進行處理

if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))

handle_accpet(epollfd,listenfd);

else if (events[i].events & EPOLLIN)

do_read(epollfd,fd,buf);

else if (events[i].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);

//添加一個客戶描述符和事件

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);

//修改描述符對應的事件，由讀改為寫

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);

}

客戶端也用epoll實現，控制STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、和sockfd三個描述符，程序如下所示：

#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_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));

//處理連接

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[i].data.fd;

if (events[i].events & EPOLLIN)

do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);

else if (events[i].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);

}

參考資料：

http://www.cnblogs.com/OnlyXP/archive/2007/08/10/851222.html

http://www.cnblogs.com/lexus/archive/2011/11/19/2254798.html

https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/

IO多路復用之epoll總結

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