详谈I/O多路复用epoll

一、基本知识

按照man手册的说法: 是为处理大批量句柄而作了改进的poll. epoll使用一个文件描述符管理多个描述符,将用户关系的文件描述符的事件存放到内核的一个事件表中,这样在用户空间和内核空间的copy只需一次。
它是在2.5.44内核中被引进的(epoll(4) is a new API introduced in Linux kernel 2.5.44) 它几乎具备了之前所说的一切优点,被公认为Linux2.6下性能最好的多路I/O就绪通知方法.

二、系统调用

epoll_create

int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄.
自从linux2.6.8之后,size参数是被忽略的.
用完之后, 必须调用close()关闭.
epoll_ctl

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

epoll的事件注册函数.
它不同于select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件, 而是在这里先注册要监听的事件类型.
第一个参数是epoll_create()的返回值(epoll的句柄).
第二个参数表示动作,用三个宏来表示.
第三个参数是需要监听的fd.
第四个参数是告诉内核需要监听什么事.
第二个参数的取值:
EPOLL_CTL_ADD : 注册新的fd到epfd中;
EPOLL_CTL_MOD : 修改已经注册的fd的监听事件;
EPOLL_CTL_MOD : 从epfd中删除一个fd;
struct epoll_event结构如下:

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;
}_EPOLL_PACKED;

events可以是以下几个宏的集合:
EPOLLIN : 表示对应的文件描述符可以读 (包括对端SOCKET正常关闭);
EPOLLOUT : 表示对应的文件描述符可以写;
EPOLLPRI : 表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(表示有外数据到来);
EPOLLERR : 表示对应的文件描述符发生错误;
EPOLLHUP :表示对应文件描述符被挂断;
EPOLLET : 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触(Level Triggered)发来说的。
EPOLLONESHOT : 只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要监听这个socket的话,需要再次把这个socket 加入到EPOLL队列里。
epoll_wait

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

收集在epoll监控的事件中已经发送的事件。
参数events 是分配好的epoll_event结构体数组。
epoll 将会把发生的事情赋值到events数组中(events 不可以是空指针,内核只负责把数据复制到这个events数组中,不会去帮助我们在用户态中分配内存)。
maxevents 告之内核这个events有多大,这个 maxevents 的值不能大于创建epoll_create()时的size。
参数timeout 是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1是永久阻塞)。
如果函数调用成功,返回对应I/O上已经准备好的文件描述符数目,如果返回0表示已超时,返回小于0表示函数失败。

三、工作模式

epoll对文件描述符的操作有两种模式:LT(level trigger)和ET(edge trigger)。LT模式是默认模式,LT模式与ET模式的区别如下:

LT模式:当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序可以不立即处理该事件。下次调用epoll_wait时,会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式:当epoll_wait检测到描述符事件发生并将此事件通知应用程序,应用程序必须立即处理该事件。如果不处理,下次调用epoll_wait时,不会再次响应应用程序并通知此事件。

ET模式在很大程度上减少了epoll事件被重复触发的次数,因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。

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