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Linux Epoll介紹和程序實例
1. Epoll 是何方神聖？Epoll 可是當前在 Linux 下開發大規模並發網絡程序的熱門人選， Epoll 在 Linux2.6 內核中正式引入，和 select 相似，其實都 I/O 多路複用技術而已 ，並沒有什麼神秘的。
其實在 Linux 下設計並發網絡程序，向來不缺少方法，比如典型的 Apache 模型（ Process Per Connection ，簡稱 PPC ）， TPC （ Thread Per Connection ）模型，以及 select 模型和 poll 模型，那為何還要再引入 Epoll 這個東東呢？那還是有得說說的 …
2. 常用模型的缺點
如果不擺出來其他模型的缺點，怎麼能對比出 Epoll 的優點呢。
2.1 PPC/TPC 模型
這兩種模型思想類似，就是讓每一個到來的連接一邊自己做事去，別再來煩我 。隻是 PPC 是為它開了一個進程，而 TPC 開了一個線程。可是別煩我是有代價的，它要時間和空間啊，連接多了之後，那麼多的進程 / 線程切換，這開銷就上來了；因此這類模型能接受的最大連接數都不會高，一般在幾百個左右。
2.2 select 模型
1. 最大並發數限製，因為一個進程所打開的 FD （文件描述符）是有限製的，由 FD_SETSIZE 設置，默認值是 1024/2048 ，因此 Select 模型的最大並發數就被相應限製了。自己改改這個 FD_SETSIZE ？想法雖好，可是先看看下麵吧 …
2. 效率問題， select 每次調用都會線性掃描全部的 FD 集合，這樣效率就會呈現線性下降，把 FD_SETSIZE 改大的後果就是，大家都慢慢來，什麼？都超時了？？！！
3. 內核 / 用戶空間 內存拷貝問題，如何讓內核把 FD 消息通知給用戶空間呢？在這個問題上 select 采取了內存拷貝方法。
2.3 poll 模型
基本上效率和 select 是相同的， select 缺點的 2 和 3 它都沒有改掉。
3. Epoll 的提升
把其他模型逐個批判了一下，再來看看 Epoll 的改進之處吧，其實把 select 的缺點反過來那就是 Epoll 的優點了。
3.1. Epoll 沒有最大並發連接的限製，上限是最大可以打開文件的數目，這個數字一般遠大於 2048, 一般來說這個數目和係統內存關係很大 ，具體數目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
3.2. 效率提升， Epoll 最大的優點就在於它隻管你“活躍”的連接 ，而跟連接總數無關，因此在實際的網絡環境中， Epoll 的效率就會遠遠高於 select 和 poll 。
3.3. 內存拷貝， Epoll 在這點上使用了“共享內存 ”，這個內存拷貝也省略了。
4. Epoll 為什麼高效
Epoll 的高效和其數據結構的設計是密不可分的，這個下麵就會提到。
首先回憶一下 select 模型，當有 I/O 事件到來時， select 通知應用程序有事件到了快去處理，而應用程序必須輪詢所有的 FD 集合，測試每個 FD 是否有事件發生，並處理事件；代碼像下麵這樣：
int res = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, 120);
if (res > 0)
{
for (int i = 0; i < MAX_CONNECTION; i++)
{
if (FD_ISSET(allConnection[i], &readfds))
{
handleEvent(allConnection[i]);
}
}
}
// if(res == 0) handle timeout, res < 0 handle error
Epoll 不僅會告訴應用程序有I/0 事件到來，還會告訴應用程序相關的信息，這些信息是應用程序填充的，因此根據這些信息應用程序就能直接定位到事件，而不必遍曆整個FD 集合。
for (int i = 0; i < res;i++)
{
handleEvent(events[n]);
}
5. Epoll 關鍵數據結構
前麵提到 Epoll 速度快和其數據結構密不可分，其關鍵數據結構就是：
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;
可見 epoll_data 是一個 union 結構體 , 借助於它應用程序可以保存很多類型的信息 :fd 、指針等等。有了它，應用程序就可以直接定位目標了。
6. 使用 Epoll
既然 Epoll 相比 select 這麼好，那麼用起來如何呢？會不會很繁瑣啊 … 先看看下麵的三個函數吧，就知道 Epoll 的易用了。
int epoll_create(int size);生成一個 Epoll 專用的文件描述符，其實是申請一個內核空間，用來存放你想關注的 socket fd 上是否發生以及發生了什麼事件。 size 就是你在這個 Epoll fd 上能關注的最大 socket fd 數，大小自定，隻要內存足夠。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event );控製某個 Epoll 文件描述符上的事件：注冊、修改、刪除。其中參數 epfd 是 epoll_create() 創建 Epoll 專用的文件描述符。相對於 select 模型中的 FD_SET 和 FD_CLR 宏。
int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event * events,int maxevents,int timeout);等待 I/O 事件的發生；參數說明：
epfd: 由 epoll_create() 生成的 Epoll 專用的文件描述符；
epoll_event: 用於回傳代處理事件的數組；
maxevents: 每次能處理的事件數；
timeout: 等待 I/O 事件發生的超時值；
返回發生事件數。
相對於 select 模型中的 select 函數。
7. 例子程序
下麵是一個簡單 Echo Server 的例子程序，麻雀雖小，五髒俱全，還包含了一個簡單的超時檢查機製，簡潔起見沒有做錯誤處理。
//
// a simple echo server using epoll in linux
//
// 2009-11-05
// by sparkling
//
#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>
#include <errno.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define MAX_EVENTS 500
struct myevent_s
{
int fd;
void (*call_back)(int fd, int events, void *arg);
int events;
void *arg;
int status; // 1: in epoll wait list, 0 not in
char buff[128]; // recv data buffer
int len;
long last_active; // last active time
};
// set event
void EventSet(myevent_s *ev, int fd, void (*call_back)(int, int, void*), void *arg)
{
ev->fd = fd;
ev->call_back = call_back;
ev->events = 0;
ev->arg = arg;
ev->status = 0;
ev->last_active = time(NULL);
}
// add/mod an event to epoll
void EventAdd(int epollFd, int events, myevent_s *ev)
{
struct epoll_event epv = {0, {0}};
int op;
epv.data.ptr = ev;
epv.events = ev->events = events;
if(ev->status == 1){
op = EPOLL_CTL_MOD;
}
else{
op = EPOLL_CTL_ADD;
ev->status = 1;
}
if(epoll_ctl(epollFd, op, ev->fd, &epv) < 0)
printf("Event Add failed[fd=%d]/n", ev->fd);
else
printf("Event Add OK[fd=%d]/n", ev->fd);
}
// delete an event from epoll
void EventDel(int epollFd, myevent_s *ev)
{
struct epoll_event epv = {0, {0}};
if(ev->status != 1) return;
epv.data.ptr = ev;
ev->status = 0;
epoll_ctl(epollFd, EPOLL_CTL_DEL, ev->fd, &epv);
}
int g_epollFd;
myevent_s g_Events[MAX_EVENTS+1]; // g_Events[MAX_EVENTS] is used by listen fd
void RecvData(int fd, int events, void *arg);
void SendData(int fd, int events, void *arg);
// accept new connections from clients
void AcceptConn(int fd, int events, void *arg)
{
struct sockaddr_in sin;
socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);
int nfd, i;
// accept
if((nfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&sin, &len)) == -1)
{
if(errno != EAGAIN && errno != EINTR)
{
printf("%s: bad accept", __func__);
}
return;
}
do
{
for(i = 0; i < MAX_EVENTS; i++)
{
if(g_Events[i].status == 0)
{
break;
}
}
if(i == MAX_EVENTS)
{
printf("%s:max connection limit[%d].", __func__, MAX_EVENTS);
break;
}
// set nonblocking
if(fcntl(nfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) < 0) break;
// add a read event for receive data
EventSet(&g_Events[i], nfd, RecvData, &g_Events[i]);
EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, &g_Events[i]);
printf("new conn[%s:%d][time:%d]/n", inet_ntoa(sin.sin_addr),
ntohs(sin.sin_port),
g_Events[i].last_active);
}while(0);
}
// receive data
void RecvData(int fd, int events, void *arg)
{
struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;
int len;
// receive data
len = recv(fd, ev->buff, sizeof(ev->buff)-1, 0);
EventDel(g_epollFd, ev);
if(len > 0)
{
ev->len = len;
ev->buff[len] = '/0';
printf("C[%d]:%s/n", fd, ev->buff);
// change to send event
EventSet(ev, fd, SendData, ev);
EventAdd(g_epollFd, EPOLLOUT|EPOLLET, ev);
}
else if(len == 0)
{
close(ev->fd);
printf("[fd=%d] closed gracefully./n", fd);
}
else
{
close(ev->fd);
printf("recv[fd=%d] error[%d]:%s/n", fd, errno, strerror(errno));
}
}
// send data
void SendData(int fd, int events, void *arg)
{
struct myevent_s *ev = (struct myevent_s*)arg;
int len;
// send data
len = send(fd, ev->buff, ev->len, 0);
ev->len = 0;
EventDel(g_epollFd, ev);
if(len > 0)
{
// change to receive event
EventSet(ev, fd, RecvData, ev);
EventAdd(g_epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, ev);
}
else
{
close(ev->fd);
printf("recv[fd=%d] error[%d]/n", fd, errno);
}
}
void InitListenSocket(int epollFd, short port)
{
int listenFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fcntl(listenFd, F_SETFL, O_NONBLOCK); // set non-blocking
printf("server listen fd=%d/n", listenFd);
EventSet(&g_Events[MAX_EVENTS], listenFd, AcceptConn, &g_Events[MAX_EVENTS]);
// add listen socket
EventAdd(epollFd, EPOLLIN|EPOLLET, &g_Events[MAX_EVENTS]);
// bind & listen
sockaddr_in sin;
bzero(&sin, sizeof(sin));
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
sin.sin_port = htons(port);
bind(listenFd, (const sockaddr*)&sin, sizeof(sin));
listen(listenFd, 5);
}
int main(int argc, char **argv)
{
short port = 12345; // default port
if(argc == 2){
port = atoi(argv[1]);
}
// create epoll
g_epollFd = epoll_create(MAX_EVENTS);
if(g_epollFd <= 0) printf("create epoll failed.%d/n", g_epollFd);
// create & bind listen socket, and add to epoll, set non-blocking
InitListenSocket(g_epollFd, port);
// event loop
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
printf("server running:port[%d]/n", port);
int checkPos = 0;
while(1){
// a simple timeout check here,
//every time 100, better to use a mini-heap, and add timer event
long now = time(NULL);
for(int i = 0; i < 100; i++, checkPos++) // doesn't check listen fd
{
if(checkPos == MAX_EVENTS) checkPos = 0; // recycle
if(g_Events[checkPos].status != 1) continue;
long duration = now - g_Events[checkPos].last_active;
if(duration >= 60) // 60s timeout
{
close(g_Events[checkPos].fd);
printf("[fd=%d] timeout[%d--%d]./n",
g_Events[checkPos].fd, g_Events[checkPos].last_active, now);
EventDel(g_epollFd, &g_Events[checkPos]);
}
}
// wait for events to happen
int fds = epoll_wait(g_epollFd, events, MAX_EVENTS, 1000);
if(fds < 0){
printf("epoll_wait error, exit/n");
break;
}
for(int i = 0; i < fds; i++){
myevent_s *ev = (struct myevent_s*)events[i].data.ptr;
if((events[i].events&EPOLLIN)&&(ev->events&EPOLLIN)) // read event
{
ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
}
if((events[i].events&EPOLLOUT)&&(ev->events&EPOLLOUT)) // write event
{
ev->call_back(ev->fd, events[i].events, ev->arg);
}
}
}
// free resource
return 0;
}
原文地址：https://blog.csdn.net/sparkliang/article/details/4770655
最後更新：2017-04-02 06:51:53