【那些年遇到过的面试题】 epoll
2016-07-19 11:13
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epoll 的一个实例(http://www.cnblogs.com/Anker/archive/2013/08/17/3263780.html)
服务器端
客户端
运行结果
./epoll
accept a new client: 109.123.122.186:27590
read message is : hello
accept a new client: 109.123.122.118:5060
read message is : I am 118
read error:: Connection reset by peer
accept a new client: 109.123.122.118:5316
read message is : xixi
epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll,是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。另一点原因就是获取事件的时候,它无须遍历整个被侦听的描述符集,只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发(Level
Triggered)外,还提供了边缘触发(Edge Triggered),这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态,减少epoll_wait/epoll_pwait的调用,提高应用程序效率。
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。
epoll相关的系统调用有:epoll_create, epoll_ctl和epoll_wait。
epoll_create 创建一个epoll对象,一般epollfd = epoll_create()
epoll_ctl (epoll_add/epoll_del的合体),往epoll对象中增加/删除某一个流的某一个事件
比如
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, socket, EPOLLIN);//注册缓冲区非空事件,即有数据流入
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, socket, EPOLLOUT);//注册缓冲区非满事件,即流可以被写入
epoll_wait(epollfd,...)等待直到注册的事件发生
(注:当对一个非阻塞流的读写发生缓冲区满或缓冲区空,write/read会返回-1,并设置errno=EAGAIN。而epoll只关心缓冲区非满和缓冲区非空事件)。
一个epoll模式的代码大概的样子是:
epoll文件描述符用完后,直接用close关闭即可,非常方便。
事实上,任何被侦听的文件符只要其被关闭,那么它也会自动从被侦听的文件描述符集合中删除,很是智能。
每次添加/修改/删除被侦听文件描述符都需要调用epoll_ctl,所以要尽量少地调用epoll_ctl,防止其所引来的开销抵消其带来的好处。
有的时候,应用中可能存在大量的短连接(比如说Web服务器),epoll_ctl将被频繁地调用,可能成为这个系统的瓶颈。
优点:
支持一个进程打开大数目的socket描述符
IO效率不随FD数目增加而线性下降
使用mmap加速内核与用户空间的消息传递
服务器端
#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 "109.123.122.186" #define PORT 1234 #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:%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 4000 (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
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #define MAXLINE 4096 int main(int argc, char** argv) { int sockfd, n; char recvline[4096], sendline[4096]; struct sockaddr_in servaddr; if( argc != 2){ printf("usage: ./client <ipaddress>/n"); exit(0); } if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){ printf("create socket error: %s(errno: %d)/n", strerror(errno),errno); exit(0); } memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(1234); if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){ printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]); exit(0); } if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){ printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } printf("send msg to server: \n"); while(fgets(sendline, 4096, stdin)) { if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) { printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno); } } close(sockfd); exit(0); }
运行结果
./epoll
accept a new client: 109.123.122.186:27590
read message is : hello
accept a new client: 109.123.122.118:5060
read message is : I am 118
read error:: Connection reset by peer
accept a new client: 109.123.122.118:5316
read message is : xixi
epoll是Linux内核为处理大批量文件描述符而作了改进的poll,是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,它能显著提高程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。另一点原因就是获取事件的时候,它无须遍历整个被侦听的描述符集,只要遍历那些被内核IO事件异步唤醒而加入Ready队列的描述符集合就行了。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发(Level
Triggered)外,还提供了边缘触发(Edge Triggered),这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态,减少epoll_wait/epoll_pwait的调用,提高应用程序效率。
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。
epoll相关的系统调用有:epoll_create, epoll_ctl和epoll_wait。
epoll_create 创建一个epoll对象,一般epollfd = epoll_create()
epoll_ctl (epoll_add/epoll_del的合体),往epoll对象中增加/删除某一个流的某一个事件
比如
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, socket, EPOLLIN);//注册缓冲区非空事件,即有数据流入
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, socket, EPOLLOUT);//注册缓冲区非满事件,即流可以被写入
epoll_wait(epollfd,...)等待直到注册的事件发生
(注:当对一个非阻塞流的读写发生缓冲区满或缓冲区空,write/read会返回-1,并设置errno=EAGAIN。而epoll只关心缓冲区非满和缓冲区非空事件)。
一个epoll模式的代码大概的样子是:
while true { active_stream[] = epoll_wait(epollfd) for i in active_stream[] { read or write till } }
epoll文件描述符用完后,直接用close关闭即可,非常方便。
事实上,任何被侦听的文件符只要其被关闭,那么它也会自动从被侦听的文件描述符集合中删除,很是智能。
每次添加/修改/删除被侦听文件描述符都需要调用epoll_ctl,所以要尽量少地调用epoll_ctl,防止其所引来的开销抵消其带来的好处。
有的时候,应用中可能存在大量的短连接(比如说Web服务器),epoll_ctl将被频繁地调用,可能成为这个系统的瓶颈。
优点:
支持一个进程打开大数目的socket描述符
IO效率不随FD数目增加而线性下降
使用mmap加速内核与用户空间的消息传递
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