https://blog.csdn.net/men_wen/article/details/53456474

Linux網(wǎng)絡(luò)編程—I/O復(fù)用模型之epoll

1. epoll模型簡(jiǎn)介

epoll是Linux多路服用IO接口select/poll的加強(qiáng)版，e對(duì)應(yīng)的英文單詞就是enhancement，中文翻譯為增強(qiáng)，加強(qiáng)，提高，充實(shí)的意思。所以epoll模型會(huì)顯著提高程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率。

• epoll把用戶關(guān)心的文件描述符上的時(shí)間放在內(nèi)核的一個(gè)事件表中，無需像select和poll那樣每次調(diào)用都重復(fù)傳入文件描述符集。
• epoll在獲取事件的時(shí)候，無需遍歷整個(gè)被監(jiān)聽的文件描述符集合，而是遍歷那些被內(nèi)核IO事件異步喚醒而加入ready隊(duì)列的描述符集合。

所以，epoll是Linux大規(guī)模高并發(fā)網(wǎng)絡(luò)程序的首選模型。

2.epoll模型的API

epoll使用一組函數(shù)來完成任務(wù)

2.1 函數(shù)epoll_create

創(chuàng)建一個(gè)epoll句柄，句柄的英文是handle，相通的意思是把手，把柄。

#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size); //返回值：若成功，返回一個(gè)非負(fù)的文件描述符，若出錯(cuò)，返回-1。

• 該函數(shù)返回一個(gè)文件描述符，用來唯一標(biāo)示內(nèi)核中這個(gè)事件表，sizeof參數(shù)提示內(nèi)核要監(jiān)聽的文件描述符個(gè)數(shù)，這與內(nèi)存大小有關(guān)。
• 返回的文件描述符將是其他所有epoll系統(tǒng)調(diào)用的第一個(gè)參數(shù)，以指定要訪問的內(nèi)核時(shí)間表，所以用該返回的文件描述符相當(dāng)與其他epoll調(diào)用的把手、把柄一樣。

查看進(jìn)程能夠打開的最大數(shù)目的文件描述符

? ~ cat /proc/sys/fs/file-max 1215126 //該值與內(nèi)存大小有關(guān)

修改最大文件描述符限制

? ~ sudo vim /etc/security/limits.conf //重啟生效

2.2 函數(shù)epoll_ctl

該函數(shù)用來操作epoll的內(nèi)核事件表

#include <sys/epoll.h>int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); //返回值：若成功，返回0，若出錯(cuò)返回-1。

• epfd就是函數(shù)epoll_create創(chuàng)建的句柄。
• op是指定操作類型，有一下三種?
  
  • EPOLL_CTL_ADD，向epfd注冊(cè)fd的上的event
  • EPOLL_CTL_MOD，修改fd已注冊(cè)的event
  • EPOLL_CTL_DEL，從epfd上刪除fd的event?
    
  • fd是操作的文件描述符
  • event指定內(nèi)核要監(jiān)聽事件,它是struct epoll_event結(jié)構(gòu)類型的指針。epoll_event定義如下：

struct epoll_event {uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */ };

• vents成員描述事件類型，將以下宏定義通過位或方式組合

  • EPOLLIN :表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以讀(包括對(duì)端SOCKET正常關(guān)閉)
  • POLLOUT:表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可以寫
  • EPOLLPRI:表示對(duì)應(yīng)的文件描述符有緊急的數(shù)據(jù)可讀(這里應(yīng)該表示有帶外數(shù)據(jù)到來)
  • EPOLLERR:表示對(duì)應(yīng)的文件描述符發(fā)生錯(cuò)誤
  • EPOLLHUP:表示對(duì)應(yīng)的文件描述符被掛斷;
  • EPOLLET: 將EPOLL設(shè)為邊緣觸發(fā)(Edge Triggered)模式,這是相對(duì)于水平觸發(fā)(Level Triggered)來說的
  • EPOLLONESHOT:只監(jiān)聽一次事件,當(dāng)監(jiān)聽完這次事件之后,如果還需要繼續(xù)監(jiān)聽這個(gè)socket的話,需要再次把這個(gè)socket加入到EPOLL隊(duì)列里

• data用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，是epoll_data_t結(jié)構(gòu)類型，該結(jié)構(gòu)定義如下：

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

• epoll_data_t是一個(gè)聯(lián)合體，fd指定事件所從屬的目標(biāo)文件描述符。ptr可以用來指定fd相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)，但兩者不能同時(shí)使用。

2.3 函數(shù)epoll_wait

函數(shù)epoll_wait用來等待所監(jiān)聽文件描述符上有事件發(fā)生

#include <sys/epoll.h>int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); //返回值：若成功，返回就緒的文件描述符個(gè)數(shù)，若出錯(cuò)，返回-1，時(shí)間超時(shí)返回0

• epfd就是函數(shù)epoll_create創(chuàng)建的句柄
• timeout是超時(shí)事件，-1為阻塞，0為立即返回，非阻塞，大于0是指定的微妙
• events是一個(gè) 傳入傳出參數(shù)，它是epoll_event結(jié)構(gòu)的指針，用來從內(nèi)核得到事件的集合
• maxevents告知內(nèi)核events的大小，但不能大于epoll_create()時(shí)創(chuàng)建的size

3. LT和ET模式

• LT（Level Triggered，電平觸發(fā)）：LT模式是epoll默認(rèn)的工作模式，也是select和poll的工作模式，在LT模式下，epoll相當(dāng)于一個(gè)效率較高的poll。?
  
  • 采用LT模式的文件描述符，當(dāng)epoll_wait檢測(cè)到其上有事件發(fā)生并將此事件通知應(yīng)用程序后，應(yīng)用程序可以不立即處理此事件，當(dāng)下一次調(diào)用epoll_wait是，epoll_wait還會(huì)將此事件通告應(yīng)用程序。
• ET（Edge Triggered，邊沿觸發(fā)）:當(dāng)調(diào)用epoll_ctl，向參數(shù)event注冊(cè)EPOLLET事件時(shí)，epoll將以ET模式來操作該文件描述符，ET模式是epoll的高效工作模式.?
  
  • 對(duì)于采用ET模式的文件描述符，當(dāng)epoll_wait檢測(cè)到其上有事件發(fā)生并將此通知應(yīng)用程序后，應(yīng)用程序必須立即處理該事件，因?yàn)楹罄m(xù)的epoll_wait調(diào)用將不在向應(yīng)用程序通知這一事件。ET模式降低了同意epoll事件被觸發(fā)的次數(shù)，效率比LT模式高。

4. LT和ET的服務(wù)端和客戶端代碼

4.1 服務(wù)器端

#include <sys/epoll.h> #include <fcntl.h> #include "wrap.h"#define MAX_EVENT_NUM 1024 #define BUFFER_SIZE 10 #define true 1 #define false 0int setnonblocking(int fd) {int old_opt = fcntl(fd, F_GETFD);int new_opt = old_opt | O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFD, new_opt);return old_opt; }//將文件描述符設(shè)置為非阻塞的void addfd(int epollfd, int fd, int enable_et) {struct epoll_event event;event.data.fd = fd;event.events = EPOLLIN;if(enable_et){event.events |= EPOLLET;}epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event); // setnonblocking(fd); }//將文件描述符fd的EPOLLIN注冊(cè)到epollfd指示的epoll內(nèi)核事件表中，enable_et表示是否對(duì)fd啟用ET模式void lt(struct epoll_event *events, int num, int epollfd, int listenfd) {char buf[BUFFER_SIZE];for(int i = 0; i < num; i++){int sockfd = events[i].data.fd;if(sockfd == listenfd){struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t clilen = sizeof(clientaddr);int connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clilen);addfd(epollfd, connfd, false);//對(duì)connfd使用默認(rèn)的lt模式}else if(events[i].events & EPOLLIN){//只要socket讀緩存中還有未讀的數(shù)據(jù)，這段代碼就會(huì)觸發(fā)printf("event trigger once\n");memset(buf, '\0', BUFFER_SIZE);int ret = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE-1, 0);if(ret <= 0){Close(sockfd);continue;}printf("get %d bytes of content:%s\n", ret, buf);}else{printf("something else happened\n");}} }void et(struct epoll_event *event, int num, int epollfd, int listenfd) {char buf[BUFFER_SIZE];for(int i = 0; i < num; i++){int sockfd = event[i].data.fd;if(sockfd == listenfd){struct sockaddr_in clientaddr;int clilen = sizeof(clientaddr);int connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clilen);addfd(epollfd, connfd, true);//多connfd開啟ET模式}else if(event[i].events & EPOLLIN){printf("event trigger once\n");while(1){//這段代碼不會(huì)重復(fù)觸發(fā)，所以要循環(huán)讀取數(shù)據(jù)memset(buf, '\0', BUFFER_SIZE);int ret = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE-1, 0);if(ret < 0){if((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK)){printf("read later\n");break;}Close(sockfd);break;}else if(ret == 0){Close(sockfd);}else{printf("get %d bytes of content:%s\n", ret, buf);}}}else{printf("something else happened \n");}} }int start_ser(char *ipaddr, char *port) {int sock = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in serveraddr;bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_port = htons(atoi(port));inet_pton(AF_INET, ipaddr, &serveraddr.sin_addr);Bind(sock, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));Listen(sock, 128);return sock; }int main(int argc, char *argv[]) {int listenfd = start_ser(argv[1], argv[2]);struct epoll_event events[MAX_EVENT_NUM];int epollfd = epoll_create(5);if(epollfd < 0){perr_exit("epoll_create err");}addfd(epollfd, listenfd, true);while(1){int ret = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUM, -1);if(ret < 0){printf("epoll failure\n");break;}lt(events, ret, epollfd, listenfd);//lt模式//et(events, ret, epollfd, listenfd);//et模式}Close(listenfd);return 0; } //warp.h文件是將socket，bind，listen等函數(shù)封裝為第一個(gè)字母大寫的頭文件

4.2 客戶端

#include "wrap.h" int main(int argc, char *argv[]) {int connfd;struct sockaddr_in serveraddr;char buf[1024];connfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));inet_pton(AF_INET, argv[1], &serveraddr.sin_addr);Connect(connfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));while(fgets(buf, 1024, stdin) != NULL){Write(connfd, buf, strlen(buf));}Close(connfd);return 0; }

4.3 兩種模式結(jié)果對(duì)比

?
當(dāng)發(fā)送超過緩沖區(qū)大小的數(shù)據(jù)量，LT會(huì)多次調(diào)用epoll_wait函數(shù)接受數(shù)據(jù)，則打印了多次“event level once”，而ET則是循環(huán)讀取數(shù)據(jù)知道讀完，打印了一次“event trigger once”。

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux网络编程---I/O复用模型之epoll的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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