IO多路復用之epoll總結

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

1、基本知識

　　epoll是在2.6內核中提出的，是之前的select和poll的增強版本。相對于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。

2、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。這個參數不同于select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當創建好epoll句柄后，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后，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的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什么類型的事件epoll的事件注冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什么類型的事件，而是在這里先注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：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經注冊的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么事，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（這里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，這是相對于水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之后，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隊列里

（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
　　等待事件的產生，類似于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的值不能大于創建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并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并通知此事件。

　　ET模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生并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并通知此事件。

　　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，以避免由于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：

  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 //函數聲明
 21 //創建套接字并進行綁定
 22 static int socket_bind(const char* ip,int port);
 23 //IO多路復用epoll
 24 static void do_epoll(int listenfd);
 25 //事件處理函數
 26 static void
 27 handle_events(int epollfd,struct epoll_event *events,int num,int listenfd,char *buf);
 28 //處理接收到的連接
 29 static void handle_accpet(int epollfd,int listenfd);
 30 //讀處理
 31 static void do_read(int epollfd,int fd,char *buf);
 32 //寫處理
 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 //刪除事件
 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     //創建一個描述符
 80     epollfd = epoll_create(FDSIZE);
 81     //添加監聽描述符事件
 82     add_event(epollfd,listenfd,EPOLLIN);
 83     for ( ; ; )
 84     {
 85         //獲取已經準備好的描述符事件
 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     //進行選好遍歷
 98     for (i = 0;i < num;i++)
 99     {
100         fd = events[i].data.fd;
101         //根據描述符的類型和事件類型進行處理
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         //添加一個客戶描述符和事件
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         //修改描述符對應的事件，由讀改為寫
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：

  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     //處理連接
 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 }