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epoll函数使用详解 和 select的区别

 
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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。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。

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 1000  
      
    void 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ev  
      
                    epoll_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;  
                        } else  
                            std::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EPOLIN  
      
                    epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);  
                }  
            }  
        }  
        return 0;  
    }  

select和epoll的区别

select和epoll都用于监听套接口描述字上是否有事件发生,实现I/O复用

select(轮询):

include <sys/select.h>  
#include <sys/time.h>  
int select (int maxfdpl, fd_set* readset, fd_set* writeset, fd_set* exceptset, const struct timeval* timeout)  

调用时轮询一次所有描述字,超时时再轮询一次。如果没有描述字准备好,则返回0;中途错误返回-1;有描述字准备好,则将其对应位置为1,其他描述字置为0,返回准备好的描述字个数。


fd_set:整数数组,每个数中的每一位对应一个描述字,其具体大小有内核的FD_SETSIZE(1024)决定。

    void FD_ZERO(fd_set* fdset);//clear all bits in fdset  
    void FD_SET(int fd, fd_set* fdset);//turn on the bit for fd in fdset  
    void FD_CLR(int fd, fd_set* fdset);//turn off the bit for fd in fdset  
    int FD_ISSET(int fd, fd_set* fdset);//is the bit for fd on in fdset  

epoll(触发)

epoll对监听的每个fd都会有回调函数,当该fd上发生事件时,会调用对应的回调函数。

#include <sys/epoll.h>  
int epoll_create(int size); 

系列函数:

创建函数:

创建一个epoll句柄,size-监听套接字的当创建好epoll句柄后,会占用一个fd值,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。

#include <sys/epoll.h>  
int epoll_create(int size); 

事件注册函数:

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

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监听事件,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

例子:

struct epoll_event ev;   
ev.data.fd=listenfd;  
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;   
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); 

等待函

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

等待事件的产生,参数events用来从内核得到事件集合。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。
注意:某fd上发生事件后,其事件类型会被清空,所以如果下一个循环还要关注这个socket fd的话,则需要用epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,listenfd,&ev)来重新设置socket fd的事件类型。这时不用EPOLL_CTL_ADD,因为socket fd并未清空,只是事件类型清空。这一步非常重要。


实例:


    struct epoll_event ev, *events;  
      
    for(;;) {  
        nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);  
      
        for(n = 0; n < nfds; ++n) {  
           if(events[n].data.fd == listener) {  
              client = accept(listener, (struct sockaddr *) &local,  
                              &addrlen);  
              if(client < 0){  
                 perror("accept");  
                 continue;  
              }  
              setnonblocking(client);  
              ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;  
              ev.data.fd = client;  
              if (epoll_ctl(kdpfd, EPOLL_CTL_ADD, client, &ev) < 0) {  
                  fprintf(stderr, "epoll set insertion error: fd=%d\n",  
                           client);  
                   return -1;  
              }  
           } else {  
              do_use_fd(events[n].data.fd);  
           }  
        }  
对比:
select - 如果同时建立很多连接,但只有少数事件发生,这种轮询会造成效率很低;频繁从内核拷贝、复制描述字;监听描述字受限于内核的FD_SETSIZE;
epoll - 这种回调触发式操作会保证效率;不需要频繁的拷贝;监听描述字没有限止,只与系统资源有关;epoll返回时已经明确的知道哪个sokcet fd发生了事件,不用再一个个比对。


原文博客地址:http://blog.csdn.net/ctthunagchneg/article/details/9332943


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