Epoll基本介紹

在linux的網絡編程中，很長的時間都在使用select來做事件觸發。在linux新的內核中，有了一種替換它的機制，就是epoll。相比于 select，epoll最大的好處在于它不會隨著監聽fd數目的增長而降低效率。因為在內核中的select實現中，它是采用輪詢來處理的，輪詢的fd 數目越多，自然耗時越多。并且，在linux/posix_types.h頭文件有這樣的聲明：
#define?__FD_SETSIZE????1024
表示select最多同時監聽1024個fd，當然，可以通過修改頭文件再重編譯內核來擴大這個數目，但這似乎并不治本。

所以先來看看二者的區別：

select的特點：select 選擇句柄的時候，是遍歷所有句柄，也就是說句柄有事件響應時，select需要遍歷所有句柄才能獲取到哪些句柄有事件通知，因此效率是非常低。但是如果連接很少的情況下， select和epoll的LT觸發模式相比， 性能上差別不大。
這里要多說一句，select支持的句柄數是有限制的， 同時只支持1024個，這個是句柄集合限制的，如果超過這個限制，很可能導致溢出，而且非常不容易發現問題， TAF就出現過這個問題， 調試了n天，才發現：）當然可以通過修改linux的socket內核調整這個參數。
epoll的特點：epoll對于句柄事件的選擇不是遍歷的，是事件響應的，就是句柄上事件來就馬上選擇出來，不需要遍歷整個句柄鏈表，因此效率非常高，內核將句柄用紅黑樹保存的。對于epoll而言還有ET和LT的區別，LT表示水平觸發，ET表示邊緣觸發，兩者在性能以及代碼實現上差別也是非常大的。

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epoll函數

epoll的接口非常簡單，一共就三個函數：
1.int?epoll_create(?int?size?);?//int?close(int?epfd);
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，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 */
}
typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

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。只有在使用epoll ET(Edge Trigger)模式的時候，才需要關注數據是否讀取完畢了。使用select或者epoll的LT模式，其實根本不用關注數據是否讀完了，select/epoll檢測到有數據可讀去讀就OK了
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。?
epoll_wait運行的原理是?
等侍注冊在epfd上的socket fd的事件的發生，如果發生則將發生的sokct fd和事件類型放入到events數組中。?
并且將注冊在epfd上的socket fd的事件類型給清空，所以如果下一個循環你還要關注這個socket fd的話，則需要用epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,listenfd,&ev)來重新設置socket fd的事件類型。這時不用EPOLL_CTL_ADD,因為socket fd并未清空，只是事件類型清空。這一步非常重要。??
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水平出發和邊緣觸發

LT：水平觸發，效率會低于ET觸發，尤其在大并發，大流量的情況下。但是LT對代碼編寫要求比較低，不容易出現問題。LT模式服務編寫上的表現是：只要有數據沒有被獲取，內核就不斷通知你，因此不用擔心事件丟失的情況。

ET：邊緣觸發，效率非常高，在并發，大流量的情況下，會比LT少很多epoll的系統調用，因此效率高。但是對編程要求高，需要細致的處理每個請求，否則容易發生丟失事件的情況。

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再詳細一點：LT：水平觸發 ?是缺省的工作方式，并且同時支持block和no-block socket.在這種做法中，內核告訴你一個文件描述符是否就緒了，然后你可以對這個就緒的fd進行IO操作。如果你不作任何操作，內核還是會繼續通知你 的，所以，這種模式編程出錯誤可能性要小一點。傳統的select/poll都是這種模型的代表。?效率會低于ET觸發，尤其在大并發，大流量的情況下。但是LT對代碼編寫要求比較低，不容易出現問題。LT模式服務編寫上的表現是：只要有數據沒有被獲取，內核就不斷通知你，因此不用擔心事件丟失的情況。ET：邊緣觸發 ?是高速工作方式，只支持no-block socket。在這種模式下，當描述符從未就緒變為就緒時，內核通過epoll告訴你。然后它會假設你知道文件描述符已經就緒，并且不會再為那個文件描述 符發送更多的就緒通知，直到你做了某些操作導致那個文件描述符不再為就緒狀態了(比如，你在發送，接收或者接收請求，或者發送接收的數據少于一定量時導致 了一個EWOULDBLOCK 錯誤）。但是請注意，如果一直不對這個fd作IO操作(從而導致它再次變成未就緒)，內核不會發送更多的通知(only once)。?效率非常高，在并發，大流量的情況下，會比LT少很多epoll的系統調用，因此效率高。但是對編程要求高，需要細致的處理每個請求，否則容易發生丟失事件的情況。

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假如有這樣一個例子：
1.?我們已經把一個用來從管道中讀取數據的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符
2.?這個時候從管道的另一端被寫入了2KB的數據
3.?調用epoll_wait(2)，并且它會返回RFD，說明它已經準備好讀取操作
4.?然后我們讀取了1KB的數據
5.?調用epoll_wait(2)......

Edge Triggered 工作模式：
如果我們在第1步將RFD添加到epoll描述符的時候使用了EPOLLET標志，那么在第5步調用epoll_wait(2)之后將有可能會掛起，因為剩余的數據還存在于文件的輸入緩沖區內，而且數據發出端還在等待一個針對已經發出數據的反饋信息。只有在監視的文件句柄上發生了某個事件的時候 ET 工作模式才會匯報事件。因此在第5步的時候，調用者可能會放棄等待仍在存在于文件輸入緩沖區內的剩余數據。在上面的例子中，會有一個事件產生在RFD句柄上，因為在第2步執行了一個寫操作，然后，事件將會在第3步被銷毀。因為第4步的讀取操作沒有讀空文件輸入緩沖區內的數據，因此我們在第5步調用 epoll_wait(2)完成后，是否掛起是不確定的。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。最好以下面的方式調用ET模式的epoll接口，在后面會介紹避免可能的缺陷。
???i????基于非阻塞文件句柄
?? ii ??只有當read(2)或者write(2)返回EAGAIN時才需要掛起，等待。但這并不是說每次read()時都需要循環讀，直到讀到產生一個EAGAIN才認為此次事件處理完成，當read()返回的讀到的數據長度小于請求的數據長度時，就可以確定此時緩沖中已沒有數據了，也就可以認為此事讀事件已處理完成。

Level?Triggered?工作模式
相反的，以LT方式調用epoll接口的時候，它就相當于一個速度比較快的poll(2)，并且無論后面的數據是否被使用，因此他們具有同樣的職能。因為即使使用ET模式的epoll，在收到多個chunk的數據的時候仍然會產生多個事件。調用者可以設定EPOLLONESHOT標志，在 epoll_wait(2)收到事件后epoll會與事件關聯的文件句柄從epoll描述符中禁止掉。因此當EPOLLONESHOT設定后，使用帶有 EPOLL_CTL_MOD標志的epoll_ctl(2)處理文件句柄就成為調用者必須作的事情。
然后詳細解釋ET,?LT:

LT(level triggered)是缺省的工作方式，并且同時支持block和no-block socket.在這種做法中，內核告訴你一個文件描述符是否就緒了，然后你可以對這個就緒的fd進行IO操作。如果你不作任何操作，內核還是會繼續通知你的，所以，這種模式編程出錯誤可能性要小一點。傳統的select/poll都是這種模型的代表．

ET(edge-triggered)?是高速工作方式，只支持no-block socket。在這種模式下，當描述符從未就緒變為就緒時，內核通過epoll告訴你。然后它會假設你知道文件描述符已經就緒，并且不會再為那個文件描述符發送更多的就緒通知，直到你做了某些操作導致那個文件描述符不再為就緒狀態了(比如，你在發送，接收或者接收請求，或者發送接收的數據少于一定量時導致了一個EWOULDBLOCK 錯誤）。但是請注意，如果一直不對這個fd作IO操作(從而導致它再次變成未就緒)，內核不會發送更多的通知(only once),不過在TCP協議中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark確認（這句話不理解）。

在?許多測試中我們會看到如果沒有大量的idle -connection或者dead-connection，epoll的效率并不會比select/poll高很多，但是當我們遇到大量的idle- connection(例如WAN環境中存在大量的慢速連接)，就會發現epoll的效率大大高于select/poll。（未測試）
另外，當使用epoll的ET模型來工作時，當產生了一個EPOLLIN事件后，
讀數據的時候需要考慮的是當recv()返回的大小如果等于請求的大小，那么很有可能是緩沖區還有數據未讀完，也意味著該次事件還沒有處理完，所以還需要再次讀取：

while(rs)
{
buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);
if(buflen < 0)
{// 由于是非阻塞的模式,所以當errno為EAGAIN時,表示當前緩沖區已無數據可讀// 在這里就當作是該次事件已處理處.if(errno == EAGAIN)break;elsereturn;}else if(buflen == 0){// 這里表示對端的socket已正常關閉.}if(buflen == sizeof(buf)rs = 1;   // 需要再次讀取elsers = 0;
}

還有，假如發送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序讀比轉發的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send()函數雖然返回,但實際緩沖區的數據并未真正發給接收端,這樣不斷的讀和發，當緩沖區滿后會產生EAGAIN錯誤(參考man send),同時,不理會這次請求發送的數據.所以,需要封裝socket_send()的函數用來處理這種情況,該函數會盡量將數據寫完再返回，返回- 1表示出錯。在socket_send()內部,當寫緩沖已滿(send()返回-1,且errno為EAGAIN),那么會等待后再重試.這種方式并不很完美,在理論上可能會長時間的阻塞在socket_send()內部,但暫沒有更好的辦法.
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ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen)
{
ssize_t tmp;
size_t total = buflen;
const char *p = buffer;
while(1)
{tmp = send(sockfd, p, total, 0);if(tmp < 0){// 當send收到信號時,可以繼續寫,但這里返回-1.if(errno == EINTR)return -1;// 當socket是非阻塞時,如返回此錯誤,表示寫緩沖隊列已滿,// 在這里做延時后再重試.if(errno == EAGAIN){usleep(1000);continue;}return -1;}if((size_t)tmp == total)return buflen;total -= tmp;p += tmp;
}
return tmp;
}

單個epoll并不能解決所有問題，特別是你的每個操作都比較費時的時候，因為epoll是串行處理的。?
所以你有還是必要建立線程池來發揮更大的效能。

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>
#define MAXLINE 10
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5555
#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 i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds;
ssize_t n;
char line[MAXLINE];
socklen_t clilen;
//聲明epoll_event結構體的變量,ev用于注冊事件,數組用于回傳要處理的事件
struct epoll_event ev,events[20];
//生成用于處理accept的epoll專用的文件描述符
epfd=epoll_create(256);
struct sockaddr_in clientaddr;
struct sockaddr_in serveraddr;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//把socket設置為非阻塞方式
setnonblocking(listenfd);
//設置與要處理的事件相關的文件描述符
ev.data.fd=listenfd;
//設置要處理的事件類型
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
//注冊epoll事件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev);
bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family = AF_INET;
char *local_addr="200.200.200.204";
inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(SERV_PORT);
serveraddr.sin_port=htons(SERV_PORT);
bind(listenfd,(sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
listen(listenfd, LISTENQ);
maxi = 0; 
for ( ; ; ) {
//等待epoll事件的發生
nfds=epoll_wait(epfd,events,20,500);
//處理所發生的所有事件 
for(i=0;i<nfds;++i)
{
if(events[i].data.fd==listenfd)
{
connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen);
if(connfd<0){
perror("connfd<0");
exit(1);
}
setnonblocking(connfd);
char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
std::cout<<"connect from "<_u115 ?tr<<std::endl;
//設置用于讀操作的文件描述符
ev.data.fd=connfd;
//設置用于注測的讀操作事件
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
//注冊ev
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
}
else if(events[i].events&EPOLLIN)
{
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;
}
//設置用于寫操作的文件描述符
ev.data.fd=sockfd;
//設置用于注測的寫操作事件
ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
//修改sockfd上要處理的事件為EPOLLOUT
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
}
else if(events[i].events&EPOLLOUT)
{ 
sockfd = events[i].data.fd;
write(sockfd, line, n);
//設置用于讀操作的文件描述符
ev.data.fd=sockfd;
//設置用于注測的讀操作事件
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
//修改sockfd上要處理的事件為EPOLIN
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
}
}
}
}

對，epoll的操作就這么簡單，總共不過4個API：epoll_create, epoll_ctl, epoll_wait和close。