IO多路复用之epoll全面总结(必看篇)

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：

  #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：

  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：

  #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[i].data.fd;      //根据描述符的类型和事件类型进行处理      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:%dn",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：

  #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[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);  }

5、测试结果