多路複用——epoll
一、基本知識html
epoll是在2.6內核中提出的，是以前的select和poll的加強版本。相對於select和poll來講，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，將用戶關係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。linux
二、epoll函數
android
epoll操做過程須要三個接口，分別以下：windows
#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);
建立一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目一共有多大。這個參數不一樣於select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。須要注意的是，當建立好epoll句柄後，它就是會佔用一個fd值，在linux下若是查看/proc/進程id/fd/，是可以看到這個fd的，因此在使用完epoll後，必須調用close()關閉，不然可能致使fd被耗盡。多線程
（2）int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件註冊函數，它不一樣與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麼類型的事件epoll的事件註冊函數，它不一樣與select()是在監聽事件時告訴內核要監聽什麼類型的事件，而是在這裏先註冊要監聽的事件類型。第一個參數是epoll_create()的返回值，第二個參數表示動做，用三個宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數是須要監聽的fd，第四個參數是告訴內核須要監聽什麼事，struct epoll_event結構以下：
併發
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */};
events能夠是如下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的文件描述符能夠讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的文件描述符能夠寫；
EPOLLPRI：表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀（這裏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設爲邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來講的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完此次事件以後，若是還須要繼續監聽這個socket的話，須要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裏app
（3） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產生，相似於select()調用。參數events用來從內核獲得事件的集合，maxevents告以內核這個events有多大，這個maxevents的值不能大於建立epoll_create()時的size，參數timeout是超時時間（毫秒，0會當即返回，-1將不肯定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回須要處理的事件數目，如返回0表示已超時。socket
三、工做模式
ide
epoll對文件描述符的操做有兩種模式：LT（level trigger）和ET（edge trigger）。LT模式是默認模式，LT模式與ET模式的區別以下：函數
LT模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序能夠不當即處理該事件。下次調用epoll_wait時，會再次響應應用程序並通知此事件。
ET模式：當epoll_wait檢測到描述符事件發生並將此事件通知應用程序，應用程序必須當即處理該事件。若是不處理，下次調用epoll_wait時，不會再次響應應用程序並通知此事件。
ET模式在很大程度上減小了epoll事件被重複觸發的次數，所以效率要比LT模式高。epoll工做在ET模式的時候，必須使用非阻塞套接口，以免因爲一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操做把處理多個文件描述符的任務餓死。
四、原理
1）調用epoll_create時，作了如下事情：
內核幫咱們在epoll文件系統裏建了個file結點；
在內核cache裏建了個紅黑樹用於存儲之後epoll_ctl傳來的socket；
創建一個list鏈表，用於存儲準備就緒的事件。
2）調用epoll_ctl時，作了如下事情：
把socket放到epoll文件系統裏file對象對應的紅黑樹上；
給內核中斷處理程序註冊一個回調函數，告訴內核，若是這個句柄的中斷到了，就把它放到準備就緒list鏈表裏。
3）調用epoll_wait時，作了如下事情：
觀察list鏈表裏有沒有數據。有數據就返回，沒有數據就sleep，等到timeout時間到後即便鏈表沒數據也返回。並且，一般狀況下即便咱們要監控百萬計的句柄，大多一次也只返回不多量的準備就緒句柄而已，因此，epoll_wait僅須要從內核態copy少許的句柄到用戶態而已。
總結以下：
一顆紅黑樹，一張準備就緒句柄鏈表，少許的內核cache，解決了大併發下的socket處理問題。
執行epoll_create時，建立了紅黑樹和就緒鏈表；
執行epoll_ctl時，若是增長socket句柄，則檢查在紅黑樹中是否存在，存在當即返回，不存在則添加到樹幹上，而後向內核註冊回調函數，用於當中斷事件來臨時向
準備就緒鏈表中插入數據;
執行epoll_wait時馬上返回準備就緒鏈表裏的數據便可。
兩種模式的實現：
當一個socket句柄上有事件時，內核會把該句柄插入上面所說的準備就緒list鏈表，這時咱們調用epoll_wait，會把準備就緒的socket拷貝到用戶態內存，而後清空準備就緒list鏈表，最後，epoll_wait檢查這些socket，若是是LT模式，而且這些socket上確實有未處理的事件時，又把該句柄放回到剛剛清空的準備就緒鏈表。因此，LT模式的句柄，只要它上面還有事件，epoll_wait每次都會返回。
五、epoll的優勢
-
自己沒有最大併發鏈接的限制，僅受系統中進程能打開的最大文件數目限制；
效率提高：只有活躍的socket纔會主動的去調用callback函數；
省去沒必要要的內存拷貝：epoll經過內核與用戶空間mmap同一塊內存實現。
固然，以上的優缺點僅僅是特定場景下的狀況：高併發，且任一時間只有少數socket是活躍的。若是在併發量低，socket都比較活躍的狀況下，select就不見得比epoll慢了（就像咱們經常說快排比插入排序快，可是在特定狀況下這並不成立）。
六、epoll的缺點
1. 相對select來講, epoll的跨平臺性不夠用 只能工做在linux下, 而select能夠在windows linux apple上使用, 還有手機端android iOS之類的均可以. android雖然是linux的 內核 但早期版本一樣不支持epoll
2. 相對select來講 仍是用起來仍是複雜了一些, 不過和IOCP比起來 增長了一點點的複雜度卻基本上達到了IOCP的併發量和性能, 而複雜度遠遠小於IOCP.
3. 相對IOCP來講 對多核/多線程的支持不夠好, 性能也所以在性能要求比較苛刻的狀況下不如IOCP.
七、epoll實現的TCP server
代碼：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <string.h>
static void my_read(int epfd,int fd,char *buf,int len)
{
int rs=1;
while(rs)
{
ssize_t size=recv(fd,buf,len,0);
if(size<0)
{
if(errno=EAGAIN)
{
break;
}
else
{
perror("recv");
return 9;
}
}
else if(size==0)
{
//表示對端的sock已經正常關閉
printf("client close ...\n");
struct epoll_event ev;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
close(fd);
break;
}
else{
buf[size-1]='\0';
printf("client # %s\n",buf);
if(size==len)
{
rs=1;
}
else
rs=0;
}
}
}
static void my_write(int fd,char *buf,int len)
{
int ws=1;
while(ws)
{
ssize_t size=send(fd,buf,len,0);
if(size<0)
{
//緩衝區已經滿了，延時重試
if(errno==EAGAIN)
{
usleep(1000);
continue;
}
if(errno==EINTR)
{
return -1;
}
}
if(size==len)
{
continue;
}
len-=size;
buf+=size;
}
}
static void set_no_block(int fd)
{
//先獲得以前的狀態，在以前狀態上在加入新狀態
int before=fcntl(fd,F_GETFL);
fcntl(fd,F_SETFL,before|O_NONBLOCK);
}
static int startup(const char *ip,int port)
{
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0)
{
perror("sock");
return 2;
}
int opt=1;
setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
struct sockaddr_in local;
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_port=htons(port);
local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
if(bind(sock,(struct sockaddr *)&local,sizeof(local))<0)
{
perror("bind");
return 3;
}
if(listen(sock,5)<0)
{
perror("listen");
return 4;
}
return sock;
}
static void usage(const char *proc)
{
printf("%s [ip] [port]",proc);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
return 1;
}
int listen_sock=startup(argv[1],atoi(argv[2]));
int epfd=epoll_create(128);
if(epfd<0)
{
perror("epoll_create");
return 5;
}
struct epoll_event ev;
ev.events=EPOLLIN;
ev.data.fd=listen_sock;
if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev)<0)
{
perror("epoll_ctl");
return 6;
}
struct epoll_event evs[128];
int len=sizeof(evs)/sizeof(evs[0]);
int ready=0;
int timeout= -1;
while(1)
{
switch(ready=epoll_wait(epfd,evs,len,timeout))
{
case 0:
printf("timeout..\n");
break;
case -1:
perror("epoll_wait");
return 7;
break;
default:
{
int i=0;
for(i;i<ready;i++)
{
//LISTEN SOCKET
int fd=evs[i].data.fd;
if(i==0&&fd==listen_sock&&evs[i].events&EPOLLIN)
{
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len=sizeof(peer);
int new_sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&peer,&len);
if(new_sock<0)
{
perror("accept");
return 8;
}
else
{
//在epoll_wait以後改變其文件狀態，爲非阻塞，ET工做
set_no_block(new_sock);
printf("get new socket:ip %s:port %d\n",inet_ntoa(peer.sin_addr),ntohs(peer.sin_port));
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
ev.data.fd=new_sock;
if(epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev)<0)
{
perror("epoll_ctl");
return 9;
}
}
}
else
{
//read
if(evs[i].events&EPOLLIN)
{
char buf[1024];
//my_read(fd,buf,len);
ssize_t _s=recv(fd,buf,sizeof(buf)-1,0);
if(_s>0)
{
buf[_s-1]='\0';
printf("client # %s\n",buf);
//read finish change to write
ev.data.fd=fd;
ev.events=EPOLLOUT;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}
else if(_s==0)
{
printf("client close ....\n");
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
close(fd);
}
else
{
perror("recv");
return 10;
}
}
//write
else if(evs[i].events&EPOLLOUT)
{
char *msg="HTTP/1.1 200 OK\r\n\r\n<html><h1>hello momo</h1></html>\r\n";
//my_send(fd,msg,sizeof(msg)-1);
send(fd,msg,strlen(msg),0);
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
close(fd);
}
else
{
continue;
}
}
}
}
break;
}
}
return 0;
}
- 1. Linux epoll 與多路複用
- 2. 多路複用之epoll
- 3. I/O多路複用——epoll
- 4. IO多路複用之epoll使用
- 5. 高級I/O---多路複用---epoll
- 6. IO多路複用機制（select、poll、epoll）
- 7. I/O多路複用機制（Epoll）
- 8. I/O多路複用之epoll
- 9. python IO 多路複用 select poll epoll
- 10. IO多路複用之epoll總結
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