UNIX網絡編程學習指南--epoll函數

epoll是select/poll的強化版，都是多路複用的函數，epoll有了很大的改進。

epoll的功能

一、支持監聽大數目的socket描述符
一個進程內，select能打開的fd是有限制的，有宏FD_SETSIZE設置，默認值是1024.z在某些時候，這個數值是遠遠不夠用的。解決方法有兩種，已經是修改宏而後再從新編譯內核，但與此同時會引發網絡效率的降低;二是使用多進程來解決，可是建立多個進程是有代價的，並且進程間數據同步沒有多線程間方便。而epoll沒有這個限制，它所支持的最大FD上限遠遠大於1024，在1GB內存的機器上是10萬左右(具體數據能夠再cat /proc/sys/file_max查看);

二、效率的提升

select函數每次都當監聽的套接組有事件時就返回，但卻不能講有事件產生的套接字篩選出來，而是改變其在套接組的標誌量，因此每次監聽到事件，都須要將套接組整個遍歷一遍。時間複雜度是O(n)。當FD數目增長時，效率會線性降低。
而epoll，每次會將監聽套接字中產生時間的套接字加到一列表中，而後咱們能夠直接對此列表進行操做，而沒有產生事件的套接字會被過濾掉，極大地提升了IO效率。這一點尤爲在套接字監聽數量巨大而活躍數量少的時候很明顯。

epoll的用法

epoll是使用主要在於三個函數。

一、int epoll_create(int size);

建立一個epoll句柄，size用來告訴內核這個監聽的數據最大值。注意:size是數量的最大值，不是fd的最大值
當建立好epoll句柄後，它就是會佔用一個fd值，因此在使用完epoll後，必須使用close()關閉，不然可能致使fd被耗盡。

二、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event event);

epoll的事件註冊函數。
epfd是epoll的句柄，即epoll_create的返回值。
op表示動做：用三個宏表示：
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;
fd是須要監聽的套接字描述符;
event是設定監聽事件的結構體,數據結構以下:

typedef union epoll_data
{
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
}epoll_data_t;

struct epoll_event

{
uint32_t events;
epoll_data_t data;
};

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)的。
EPOLLONESHOT： 只監聽一次事件，當監聽完此次事件以後，就會把這個fd從epoll的隊列中刪除，若是還須要繼續監聽這個socket的話，須要再次把這個fd加入到EPOLL隊列裏。

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

等待事件的發生，返回須要處理的事件的數量，並將需處理事件的套接字集合與參數events內，能夠遍歷events來處理事件。
參數epfd爲epoll句柄。
events爲事件集合。
參數timeout是超時時間(毫秒，0當即返回，-1是永久阻塞)。該函數返回須要處理的事件，如返回0表示已超時。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>


#define MAXLINE 10
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 8888
#define INFTIN 1000
#define IP_ADDR "192.168.1.94"


int main()
{
    struct epoll_event ev, events[20];
    struct sockaddr_in clientaddr, serveraddr;
    int epfd;
    int listenfd;   //監聽fd
    int nfds;
    int i, n;
    int sock_fd, conn_fd;
    char buf[MAXLINE];
    socklen_t clilen;

    epfd = epoll_create(256);    //生成epoll句柄
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   //建立套接字
    ev.data.fd = listenfd;       //設置與處理事件相關的文件描述符
    ev.events = EPOLLIN;   //設置要處理的事件類型

    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);   //註冊epoll事件

    memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serveraddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr));  //綁定套接口
    
    listen(listenfd, LISTENQ);    //轉爲監聽套接字
    
    while(1)
    {
        nfds = epoll_wait(epfd, events, 20, 500);   //等待事件發生
        for(i=0; i<nfds; ++i)
        {
            if(events[i].data.fd == listenfd)  //有新的鏈接
            {
                clilen = sizeof(struct sockaddr_in);
                conn_fd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clilen);
                printf("accept a new client: %s\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));
                ev.data.fd = conn_fd;
                ev.events = EPOLLIN;   //設置監聽事件爲可寫
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev);   //新增套接字
            }
            else if(events[i].events & EPOLLIN) //可讀事件
            {
                if((sock_fd = events[i].data.fd) < 0)
                    continue;
                if((n = recv(sock_fd, buf, MAXLINE, 0)) < 0)
                {
                    if(errno == ECONNRESET)
                    {
                        close(sock_fd);
                        events[i].data.fd = -1;
                    }
                    else
                    {
                        printf("readline error\n");
                    }
                }
                else if(n == 0)
                {
                    close(sock_fd);
                    printf("關閉\n");
                    events[i].data.fd = -1;
                }

                printf("%d--> %s\n", sock_fd, buf);
                ev.data.fd =  sock_fd;
                ev.events = EPOLLOUT;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, sock_fd, &ev);   //修改監聽事件爲輸出
            }
            else if(events[i].events & EPOLLOUT) //可寫事件
            {
                sock_fd = events[i].data.fd;
                printf("out:\n");
                scanf("%s", buf);
                ev.events = EPOLLIN;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, sock_fd, &ev);
            }
        }
    }
    return 0;
}

[Linux-C網絡編程之epoll函數]

[epoll詳解]

《深刻理解Nginx模塊開發與架構解析》9.6小節