Event Poll epoll 詳解

因爲poll()和select()的侷限，2.6內核引入了event poll(epoll)機制。雖然稍微複雜，可是epoll解決了它們共有的基本性能問題，並增長了一些新的特性。

poll()和select()每次調用都須要全部被監聽的文件描述符。內核必須遍歷全部被監視的文件描述符。當這個表變得很大時，成千上百的文件描述符，每次調用時的遍歷就成爲了明顯的瓶頸。

一、建立一個新的epoll實例

使用epoll_create()或者epoll_cerate1()建立一個epoll上下文。這裏epoll_cerate1()是epoll_cerate()的擴展版本。

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create (int size)

調用成功後,epoll_create()建立一個epoll實例，返回與該實例關聯的文件描述符。這個文件描述符和真正的文件沒有關係，僅僅是爲了後續調用使用epoll而建立的。size參數告訴內核須要監聽的文件描述符數目，但不是最大值。傳遞一個適當的近似值會帶來性能的提高，但不須要給出確切的數字。出錯時，返回-1，設置errno爲下列值之一：

EINVAL   size不是正數

ENFILE    系統達到打開文件數的上限

ENOMEN    沒有足夠內存完成該次操做。

標準調用以下：

int epfd;
epfd = epoll_create (100); 
if (epfd <0 )
	perror("epoll_create");

epoll_create返回的文件描述符須要用close()關閉。

二、控制 epoll

epoll_ctl 能夠向指定的epoll上下文加入或刪除文件描述符：

#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl (int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

頭文件<sys/epoll.h>中定義了epoll event結構體

struct epoll_event {
	_u32 events;
	union {
	void * ptr;
	int fd;
	_u32 u32;
	_u64 u64;
	}data;
};

epoll_ctl()成功調用將關聯epoll實例和epfd。參數op指定對fd要進行的操做。event參數描述epoll更具體的行爲

如下是參數op的有效值：

EPOLL_CTL_ADD 把fd指定的文件添加到epfd指定的epoll實例監聽集中，監聽event中定義的事件。

EPOLL_CTL_DEL 把fd指定的文件從epfd指定的epoll監聽集中刪除。

EPOLL_CTL_MOD 使用event改變在已有fd上的監聽行爲。

epoll_event結構體中的event參數列出了在給定文件描述符上監聽的事件。多個事件可使用位或運算同時指定。如下是有效值：

EPOLLERR 文件出錯。即便不設置這個標誌，這個事件也是被監聽的。

EPOLLET 使用邊沿觸發。默認是水平觸發。

EPOLLHUP 文件被掛起。即便不設置這個標誌，這個事件也是被監聽的。

EPOLLIN 文件未阻塞，可讀。

EPOLLONESHOT 在一次事件產生被處理以後，文件不在被監聽。必須再也不被監聽。必須使用EPOLL_CTL_MOD指定新的事件，以便從新監聽文件。

EPOLLOUT 文件未阻塞，可寫。

EPOLLPRI 高優先級的帶外數據可讀。

event_poll中的data字段由用戶使用。確認監聽事件後，data會被返回給用戶。一般將event.data.fd設定爲fd，這樣就能夠知道那個文件描述符觸發事件。

成功後，epoll_ctl()返回0.失敗返回-1，並設置errno爲下列值：

EBADF epfd不是一個有效的epoll實例，或者fd不是有效文件描述符。

EEXIST op爲EPOLL_CTL_ADD，可是fd已經與epfd關聯。

EINVAL epfd不是一個epoll實例，epfd和fd相同，或者op無效。

ENOENT op是EPOLL_CTL_MOD或者是EPOLL_CTL_DEL，可是fd沒有與epfd關聯。

ENOMEN 沒有足夠內存完成進程的請求。

EPERM fd不支持epoll。

在epfd實例中加入一個fd指定的監聽文件，使用以下代碼：

struct epoll_event event;
int ret;
event.data.fd = fd;/*return the fd to us later*/
event.events = EPOLLIN|EPOLLOUT  ;
ret = epoll_ctl (epfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&event);
if (ret)
	perror ("epoll_ctl");

修改epfd實例中的fd上的一個監聽事件,可使用以下代碼:

struct epoll_event event;
int ret;
event.data.fd = fd;/*return the fd to us later*/
event.events = EPOLLIN ;
ret = epoll_ctl (epfd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&event);
if (ret)
	perror ("epoll_ctl");

刪除一個fd監聽事件,可使用以下代碼:

struct epoll_event event;
int ret;
event.data.fd = fd;/*return the fd to us later*/
event.events = EPOLLIN ;
ret = epoll_ctl (epfd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&event);
if (ret)
	perror ("epoll_ctl");

三、等待Epoll事件

epoll_wait()等待給定epoll實例關聯的文件描述符上的事件：

#include <sys/epoll.h>
int epoll_wait (int epfd, struct epoll_event * 
	* events, int maxevents, int timeout);

對epoll_wait()的調用等待epoll實例epfd中的文件fd上的事件，時限爲timeout毫秒。成功返回，struct epoll_event *events指向包含epoll_event結構體（該結構體描述了每一個事件）的內存，且最多能夠有maxevents

個事件。這樣能夠根據events結構體來肯定哪些fd觸發了事件，從而作出相應的處理。返回值是事件數，出錯返回-1，並將errno設置爲如下值

EBADF epfd是無效文件描述符

EFAULT 進程對events指向的內存無寫權限

EINTR 系統調用在完成前被信號中斷

EINVAL epfd不是有效的epoll實例，或者maxevents小於等於0

若是timeout 爲0.即便沒有事件發生，調用也當即發生，此時調用返回0.若是timeout爲-1，調用將一直等待到有事件發生。

當調用epoll_wait()返回，epoll_event結構體中的events數組描述了一次等待發生的事件，最多返回maxevents個事件。data字段包含了用戶在調用epoll_ctl前的設置，

如文件的句柄，用來區分那個文件所發生的事件。

一個完整的epoll_wait()例子以下：

#define MAX_EVENTS   64
struct epoll_event * events = NULL;
int nr_events, i, epfd;
events = malloc (sizeof(struct epoll_event) * MAX_EVENTS);
if (! events ){
	perror("malloc");
	exit(-1);
}
nr_events = epoll_wait (epfd,events,MAX_EVENTS,-1);
if (nr_events < 0){
	perror("epoll_wait");
	free(events);
	exit (-1);
}
for (int i=0; i<nr_eventsl i++)
	printf("event = %d on fd = %d \n",
		events[i].events,events[i].data.fd); 

四、邊沿觸發時間和水平觸發事件

EPOLL事件有兩種模型 Level Triggered (LT) 和 Edge Triggered (ET)：

LT(level triggered，水平觸發模式)是缺省的工做方式，而且同時支持 block 和 non-block socket。在這種作法中，內核告訴你一個文件描述符是否就緒了，而後你能夠對這個就緒的fd進行IO操做。若是你不做任何操做，內核仍是會繼續通知你的，因此，這種模式編程出錯誤可能性要小一點。

ET(edge-triggered，邊緣觸發模式)是高速工做方式，只支持no-block socket。在這種模式下，當描述符從未就緒變爲就緒時，內核經過epoll告訴你。而後它會假設你知道文件描述符已經就緒，而且不會再爲那個文件描述符發送更多的就緒通知，等到下次有新的數據進來的時候纔會再次出發就緒事件。

五、man epoll 中的實例

setnonblocking()函數將socket文件設置爲非阻塞，由於使用的是ET模式。do_use_fd()是對此文件作出必定的處理，如讀寫等。

#define MAX_EVENTS 10
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd;

/* Set up listening socket, 'listen_sock' (socket(),
    bind(), listen()) */

epollfd = epoll_create(10);
if (epollfd == -1) {
    perror("epoll_create");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listen_sock;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {
    perror("epoll_ctl: listen_sock");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

for (;;) {
    nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
    if (nfds == -1) {
        perror("epoll_pwait");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    for (n = 0; n < nfds; ++n) {
        if (events[n].data.fd == listen_sock) {
            conn_sock = accept(listen_sock,
                            (struct sockaddr *) &local, &addrlen);
            if (conn_sock == -1) {
                perror("accept");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            setnonblocking(conn_sock);
            ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
            ev.data.fd = conn_sock;
            if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,
                        &ev) == -1) {
                perror("epoll_ctl: conn_sock");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        } else {
            do_use_fd(events[n].data.fd);
        }
    }
}