IO多路复用之epoll总结

转自：http://www.cnblogs.com/Anker/p/3263780.html

每个流都是可以读写的，当流发生变化时，epoll可以检测到变化，但要先把流（文件描述符）注册到epollfd中。

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：

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include <errno.h>
5
6 #include <netinet/in.h>
7 #include <sys/socket.h>
8 #include <arpa/inet.h>
9 #include <sys/epoll.h>
10 #include <unistd.h>
11 #include <sys/types.h>
12
13 #define IPADDRESS   "127.0.0.1"
14 #define PORT        8787
15 #define MAXSIZE     1024
16 #define LISTENQ     5
17 #define FDSIZE      1000
18 #define EPOLLEVENTS 100
19
20 //函数声明
21 //创建套接字并进行绑定
22 static int socket_bind(const char* ip,int port);
23 //IO多路复用epoll
24 static void do_epoll(int listenfd);
25 //事件处理函数
26 static void
27 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
28 //处理接收到的连接
29 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
30 //读处理
31 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
32 //写处理
33 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf);
34 //添加事件
35 static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
36 //修改事件
37 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
38 //删除事件
39 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
40
41 int main(int argc,char *argv[])
42 {
43     int  listenfd;
44     listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT);
45     listen(listenfd,LISTENQ);
46     do_epoll(listenfd);
47     return 0;
48 }
49
50 static int socket_bind(const char* ip,int port)
51 {
52     int  listenfd;
53     struct sockaddr_in servaddr;
54     listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
55     if (listenfd == -1)
56     {
57         perror("socket error:");
58         exit(1);
59     }
60     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
61     servaddr.sin_family = AF_INET;
62     inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr);
63     servaddr.sin_port = htons(port);
64     if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1)
65     {
66         perror("bind error: ");
67         exit(1);
68     }
69     return listenfd;
70 }
71
72 static void do_epoll(int listenfd)
73 {
74     int epollfd;
75     struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
76     int ret;
77     char buf[MAXSIZE];
78     memset(buf,0,MAXSIZE);
79     //创建一个描述符
80     epollfd = epoll_create(FDSIZE);
81     //添加监听描述符事件
82     add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
83     for ( ; ; )
84     {
85         //获取已经准备好的描述符事件
86         ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
87         handle_events(epollfd,events,ret,listenfd,buf);
88     }
89     close(epollfd);
90 }
91
92 static void
93 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf)
94 {
95     int i;
96     int fd;
97     //进行选好遍历
98     for (i = 0;i < num;i++)
99     {
100         fd = events[i].data.fd;
101         //根据描述符的类型和事件类型进行处理
102         if ((fd == listenfd) &&(events[i].events & EPOLLIN))
103             handle_accpet(epollfd,listenfd);
104         else if (events[i].events & EPOLLIN)
105             do_read(epollfd,fd,buf);
106         else if (events[i].events & EPOLLOUT)
107             do_write(epollfd,fd,buf);
108     }
109 }
110 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd)
111 {
112     int clifd;
113     struct sockaddr_in cliaddr;
114     socklen_t  cliaddrlen;
115     clifd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen);
116     if (clifd == -1)
117         perror("accpet error:");
118     else
119     {
120         printf("accept a new client: %s:%d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port);
121         //添加一个客户描述符和事件
122         add_event(epollfd,clifd,EPOLLIN);
123     }
124 }
125
126 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf)
127 {
128     int nread;
129     nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
130     if (nread == -1)
131     {
132         perror("read error:");
133         close(fd);
134         delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
135     }
136     else if (nread == 0)
137     {
138         fprintf(stderr,"client close.\n");
139         close(fd);
140         delete_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
141     }
142     else
143     {
144         printf("read message is : %s",buf);
145         //修改描述符对应的事件，由读改为写
146         modify_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
147     }
148 }
149
150 static void do_write(int epollfd,int fd,char *buf)
151 {
152     int nwrite;
153     nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
154     if (nwrite == -1)
155     {
156         perror("write error:");
157         close(fd);
158         delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
159     }
160     else
161         modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
162     memset(buf,0,MAXSIZE);
163 }
164
165 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
166 {
167     struct epoll_event ev;
168     ev.events = state;
169     ev.data.fd = fd;
170     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
171 }
172
173 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
174 {
175     struct epoll_event ev;
176     ev.events = state;
177     ev.data.fd = fd;
178     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
179 }
180
181 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
182 {
183     struct epoll_event ev;
184     ev.events = state;
185     ev.data.fd = fd;
186     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
187 }

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：

1 #include <netinet/in.h>
2 #include <sys/socket.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <string.h>
5 #include <stdlib.h>
6 #include <sys/epoll.h>
7 #include <time.h>
8 #include <unistd.h>
9 #include <sys/types.h>
10 #include <arpa/inet.h>
11
12 #define MAXSIZE     1024
13 #define IPADDRESS   "127.0.0.1"
14 #define SERV_PORT   8787
15 #define FDSIZE        1024
16 #define EPOLLEVENTS 20
17
18 static void handle_connection(int sockfd);
19 static void
20 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf);
21 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
22 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
23 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf);
24 static void add_event(int epollfd,int fd,int state);
25 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state);
26 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state);
27
28 int main(int argc,char *argv[])
29 {
30     int                 sockfd;
31     struct sockaddr_in  servaddr;
32     sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
33     bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
34     servaddr.sin_family = AF_INET;
35     servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
36     inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr);
37     connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
38     //处理连接
39     handle_connection(sockfd);
40     close(sockfd);
41     return 0;
42 }
43
44
45 static void handle_connection(int sockfd)
46 {
47     int epollfd;
48     struct epoll_event events[EPOLLEVENTS];
49     char buf[MAXSIZE];
50     int ret;
51     epollfd = epoll_create(FDSIZE);
52     add_event(epollfd,STDIN_FILENO,EPOLLIN);
53     for ( ; ; )
54     {
55         ret = epoll_wait(epollfd,events,EPOLLEVENTS,-1);
56         handle_events(epollfd,events,ret,sockfd,buf);
57     }
58     close(epollfd);
59 }
60
61 static void
62 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int sockfd,char *buf)
63 {
64     int fd;
65     int i;
66     for (i = 0;i < num;i++)
67     {
68         fd = events[i].data.fd;
69         if (events[i].events & EPOLLIN)
70             do_read(epollfd,fd,sockfd,buf);
71         else if (events[i].events & EPOLLOUT)
72             do_write(epollfd,fd,sockfd,buf);
73     }
74 }
75
76 static void do_read(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
77 {
78     int nread;
79     nread = read(fd,buf,MAXSIZE);
80         if (nread == -1)
81     {
82         perror("read error:");
83         close(fd);
84     }
85     else if (nread == 0)
86     {
87         fprintf(stderr,"server close.\n");
88         close(fd);
89     }
90     else
91     {
92         if (fd == STDIN_FILENO)
93             add_event(epollfd,sockfd,EPOLLOUT);
94         else
95         {
96             delete_event(epollfd,sockfd,EPOLLIN);
97             add_event(epollfd,STDOUT_FILENO,EPOLLOUT);
98         }
99     }
100 }
101
102 static void do_write(int epollfd,int fd,int sockfd,char *buf)
103 {
104     int nwrite;
105     nwrite = write(fd,buf,strlen(buf));
106     if (nwrite == -1)
107     {
108         perror("write error:");
109         close(fd);
110     }
111     else
112     {
113         if (fd == STDOUT_FILENO)
114             delete_event(epollfd,fd,EPOLLOUT);
115         else
116             modify_event(epollfd,fd,EPOLLIN);
117     }
118     memset(buf,0,MAXSIZE);
119 }
120
121 static void add_event(int epollfd,int fd,int state)
122 {
123     struct epoll_event ev;
124     ev.events = state;
125     ev.data.fd = fd;
126     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,fd,&ev);
127 }
128
129 static void delete_event(int epollfd,int fd,int state)
130 {
131     struct epoll_event ev;
132     ev.events = state;
133     ev.data.fd = fd;
134     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev);
135 }
136
137 static void modify_event(int epollfd,int fd,int state)
138 {
139     struct epoll_event ev;
140     ev.events = state;
141     ev.data.fd = fd;
142     epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
143 }