一、epoll三個接口函數

多路轉接是非常高效的一種IO模型，它可以在同一時間等待多個套接字，從而提高效率。Linux提供了三種系統調用實現多路轉接：select、poll、epoll。本博客講解epoll。

epoll是經過改進的poll，在Linux 2.5.44版本引入內核，并認為是Linux2.6最好的多路轉接實現方案

1、epoll_create

epoll_create用于創建一個epoll模型，需要頭文件<sys/epoll.h>，函數原型如下：

int epoll_create(int size);

此處的參數size已經被廢棄，可以填入大于0的任何值。

返回值是一個文件描述符，通過這個文件描述符，可以操控Linux底層創建的epoll(主要是那兩個模型)

2、epoll_ctl

epoll_ctl用于控制epoll模型，需要頭文件<sys/epoll.h>，函數原型如下：

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

參數：

1. epfd：通過epoll_create獲取到的文件描述符
2. op：本次執行的操作，傳入宏
3. fd：要監聽的文件的文件描述符
4. event：對文件要執行的監聽類型

其中：op操作包括

• EPOLL_CTL_ADD：新增一個文件描述符到epoll中
• EPOLL_CTL_MOD：修改一個epoll中的文件描述符
• EPOLL_CTL_DEL：從epoll中刪除一個文件描述符

其中event的類型是struct epoll_event*，該結構體定義如下：

struct epoll_event {uint32_t      events;  /* Epoll events */epoll_data_t  data;    /* User data variable */
};union epoll_data {void     *ptr;int       fd;uint32_t  u32;uint64_t  u64;
};

這個結構體中，包含events和data兩個字段：

1. events：一個位圖，存儲要監聽的事件以及一些其它配置
2. data：當epoll返回時，攜帶的數據

此處的data是一個聯合體，它可以存儲四種類型的數據：ptr指針，int文件描述符，uint32_t和uint64_t的整型。

其中events包括：

• EPOLLIN：監聽讀事件
• EPOLLOUT：監聽寫事件
• EPOLLERR：監聽錯誤事件
• EPOLLHUP：文件描述符被關閉
• EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，本次監聽完畢，文件描述符被從epoll中移除

當一個epoll返回已經就緒的文件時，用戶其實無法得知這個文件的描述符，那么就可以通過這個data.fd獲取到文件描述符，當然也可以通過其它的參數，傳遞更復雜的信息。

3、epoll_wait

epoll_wait用于等待epoll模型中的文件就緒，需要頭文件<sys/epoll.h>，函數原型如下：

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

參數：

• epfd：通過epoll_create獲取到的文件描述符
• events：輸出型參數，指向一個epoll_event就緒數組，獲取之前通過epoll_ctl傳入的events
• maxevents：用戶傳入的events數組的最大長度(就緒事件個數)
• timeout：超時時間，以ms為單位

此處用戶要傳入一個epoll_event數組，這個數組用于存儲本次就緒的所有文件的epoll_event，為了防止越界，所以還要傳入maxevents。

就是說，epoll的使用方式是通過epoll_wait獲取就緒的文件，這些文件存儲到epoll_event數組中。

函數返回，用戶可以遍歷數組，獲取到所有就緒的文件的epoll_event結構體。

這個結構體是在epoll_ctl時傳入的，從它的events字段可以得知這個文件監聽的事件，從data字段可以獲取之前預設的其他信息，一般會預設data.fd獲取這個文件的描述符。

返回值：

• 0：超時，指定時間內沒有文件就緒
• <0：出現錯誤
• >0：就緒的文件的個數

通過此處，已經可以看出epoll相比于select的優勢了：

epoll返回時，把已經就緒的文件放到數組中，后續遍歷數組，每一個元素都是已經就緒的文件

在select中，就緒的事件通過一張位圖返回，用戶需要遍歷整個位圖所有元素，并判斷該元素是否就緒，那么就會浪費大量的時間在未就緒的文件上。

epoll返回時，不會把已經加入epoll的文件刪除，而是繼續監聽該文件

這是另一大優勢，在select中，每次返回都會重置用戶傳入的位圖，因此用戶在每次輪詢都要重新把文件描述符設置到select。

當然，用戶也可以在epoll_ctl的時候，設置EPOLLONESHOT，那么這個文件被epoll返回后，就會從epoll中刪除，也就是只監聽一次事件。

二、epoll的工作原理

Epoll的工作原理：

一種特殊的數據結構：

雙層結構體：結構體嵌套結構體

三、epoll的echo_server

接下來使用epoll系統調用，實現一個簡單的echo server。

1、EpollServer類

// 多路轉接：事件循環、事件派發、事件處理！
class EpollServer
{
public:// 構造函數EpollServer(uint16_t port){}// 初始化函數void InitServer(){}// 轉換字符串std::string EventsToString(uint32_t events)// 事件處理：網絡套接字文件void Accepter(){}// 事件處理：普通文件void HandlerIO(int fd){}// 事件派發void HandlerEvent(int n){}// 事件循環void Loop(){}// 析構~EpollServer(){}
private:uint16_t _port;std::unique_ptr<Socket> _listensock;int _epfd;  // epoll_create的返回值！epoll句柄struct epoll_event revs[num]; // 將內核epoll模型里面的就緒事件，存入revs(revs是epoll_wait的參數)
};

2、構造函數

構造函數代碼如下：

// 構造函數EpollServer(uint16_t port): _port(port), _listensock(std::make_unique<TcpSocket>()){_listensock->BuildListenSocket(port); // 根據傳來的port來創建監聽套接字！！！// 1、epoll_create創建成功，說明底層內核已經創建好了：紅黑樹+就緒隊列_epfd = ::epoll_create(size);// 這里的參數size>0即可if (_epfd < 0){LOG(FATAL, "epoll create fail\n");exit(-1);}LOG(INFO, "epoll create sucess ,epfd:%d\n", _epfd);}

3、事件循環

事件循環代碼如下：

開啟循環后，進入一個while(true)死循環，每一輪循環通過epoll_wait獲取本輪循環就緒的文件：

// 事件循環void Loop(){int timeout = 1000; // 設置時限！1swhile (true){int n = ::epoll_wait(_epfd, revs, num, timeout); // epoll_wait的返回值就是就緒事件的個數switch (n){case 0:LOG(INFO, "epoll time out...\n");break;case -1:LOG(ERROR, "epoll wait fail\n");break;default:LOG(INFO, "have event happend! n:%d\n", n);HandlerEvent(n);// 事件派發break;}}}

4、事件派發

事件派發就是判斷文件描述符是_listenfd還是普通的sockfd，調用不同的函數進行處理。

    // 事件派發void HandlerEvent(int n){for (int i = 0; i < n; i++){int fd = revs[i].data.fd;uint32_t revents = revs[i].events; // 具體是哪一個fd里面的什么事件就緒了！？LOG(INFO, "%d 上面的有事件就緒了，具體事件是：%s\n", fd, EventsToString(revents).c_str());// 事件處理：封裝！// 1、listensock就緒if (fd = _listensock->Sockfd()){Accepter();}// 2、處理普通fdelse{HandlerIO(fd);}}}

5、事件處理

void Accepter(){InetAddr addr;int sockfd = _listensock->Accepter(&addr);if (sockfd < 0){LOG(ERROR, "獲取連接失敗\n");return ;}LOG(INFO, "得到一個新鏈接：%d,客戶端信息：%s:%d\n", sockfd, addr.Ip().c_str(), addr.Port());struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = sockfd;// 必須將sockfd加入到epoll里面，這樣才能讓epoll對提取出來的sockfd進行處理！::epoll_ctl(_epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);LOG(INFO, "add sucess to epoll,new sockfd:%d\n", sockfd);}void HandlerIO(int fd){char buffer[4096];int n = ::recv(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);if (n > 0){buffer[n] = 0;std::cout << buffer;}else if (n == 0){LOG(INFO, "client,quit...\n");// 先將這個退出的fd從epoll中移除，再關閉fd::epoll_ctl(_epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, nullptr);::close(fd);}else{LOG(ERROR, "client,fail...\n");::epoll_ctl(_epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, nullptr);::close(fd);}}

6、測試

四、LT和ET模式

思考一個問題：如果用戶通過epoll檢測到某個socket的事件已經就緒了，但是這個用戶沒有處理這個事情，下一次epoll_wait還要不要返回這一個事件？

就是基于這個問題，衍生了兩種epoll工作模式：LT模式與ET模式

1、LT

LT模式下，當用戶沒有處理事件，那么事件就一直保留在就緒鏈表rdlink中，每次調用epoll_wait都會返回這個事件

這種模式是epoll的默認模式。

用戶接收到事件后，可能某個報文太長了，一次讀不完。那么LT模式下一次還會進行通知，用戶可以把剩下的報文讀完。但是這就可能導致一個報文，需要調用更多次的epoll_wait。

2、ET

ET模式下，當用戶通過epoll_wait拿到事件后，事件直接從rdlink中刪除，下一次不再進行通知

這種模式比LT更加高效，這可以從兩個角度解讀：

1. 這種模式下，一個報文只需要調用一次epolll_wait，因此效率高一點
2. 這倒逼程序員必須一次性把報文讀完，那么就會更快的進行業務處理，報文響應速度也更快

這里主要是第二點比較重要，當一個報文太長了，但是ET模式下只進行一次通知。那么程序員收到通知后，就需要用一個while循環一直讀取套接字，直到讀不出數據為止。這樣一次通知程序員就能拿到完整報文，進而更早的進行業務處理，更早響應。而且提早把數據讀走，內核的緩沖區也會被空出來，接收更多的新數據。

默認情況下，從文件讀取文件是阻塞的，當最后一次while循環讀取不出內容了，程序就會阻塞住。因此這種情況下，要把文件讀取改為非阻塞讀取，如果讀不出內容直接返回。

但是這也導致ET的程序會比LT更加復雜，實際開發中需要進行權衡。

五、項目代碼

epoll和select代碼