Linux网络编程——I/O复用函数之epoll

https://blog.csdn.net/lianghe_work/article/details/46544567

一、epoll概述

epoll 是在 2.6 内核中提出的，是之前的 select() 和 poll() 的增强版本。相对于 select() 和 poll() 来说，epoll 更加灵活，没有描述符限制。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。

二、epoll操作过程需要的四个接口函数

四接口函数分别是：

#include <sys/epoll.h>
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
int close(int epfd);

int epoll_create(int size);

功能：

该函数生成一个epoll专用的文件描述符（其余的接口函数一般都用使用这个专用的文件描述符）

参数：

size: 用来告诉内核这个监听的数目一共有多大，参数 size 并不是限制了 epoll 所能监听的描述符最大个数，只是对内核初始分配内部数据结构的一个建议。自从 linux 2.6.8 之后，size 参数是被忽略的，也就是说可以填只有大于 0 的任意值。需要注意的是，当创建好 epoll 句柄后，它就是会占用一个 fd 值，在 linux 下如果查看 /proc/ 进程 id/fd/，是能够看到这个 fd 的，所以在使用完 epoll 后，必须调用 close() 关闭，否则可能导致 fd 被耗尽

返回值：

成功：epoll 专用的文件描述符
失败：-1

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

功能：

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

参数：

epfd: epoll 专用的文件描述符，epoll_create()的返回值

op: 表示动作，用三个宏来表示：

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_DEL：从 epfd 中删除一个 fd；

fd: 需要监听的文件描述符

event: 告诉内核要监听什么事件，struct epoll_event 结构如下：

// 保存触发事件的某个文件描述符相关的数据（与具体使用方式有关）
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;

// 感兴趣的事件和被触发的事件
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};

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（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；

EPOLLET ：将 EPOLL 设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个 socket 的话，需要再次把这个 socket 加入到 EPOLL 队列里

返回值：

成功：0
失败：-1

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

功能：

等待事件的产生，收集在 epoll 监控的事件中已经发送的事件，类似于 select() 调用。

参数：

epfd: epoll 专用的文件描述符，epoll_create()的返回值

events: 分配好的 epoll_event 结构体数组，epoll 将会把发生的事件赋值到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: maxevents 告之内核这个 events 有多大 。

timeout: 超时时间，单位为毫秒，为 -1 时，函数为阻塞

返回值：

成功：返回需要处理的事件数目，如返回 0 表示已超时。

失败：-1

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

int close(int epfd);

在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄

三、epoll示例：

接下来我们epoll实现udp同时收发数据

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
int udpfd = 0;
int ret = 0;
struct sockaddr_in saddr;
struct sockaddr_in caddr;

bzero(&saddr, sizeof(saddr));
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons( 8000);
saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

bzero(&caddr, sizeof(caddr));
caddr.sin_family = AF_INET;
caddr.sin_port = htons( 8000);

//创建套接字
if( (udpfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
{
perror( "socket error");
exit( -1);
}

//套接字端口绑字
if(bind(udpfd, ( struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) != 0)
{
perror( "bind error");
close(udpfd);
exit( -1);
}

printf( "input: \"sayto 192.168.220.X\" to sendmsg to somebody\033[32m\n");
struct epoll_event event; // 告诉内核要监听什么事件
struct epoll_event wait_event;

int epfd = epoll_create( 10); // 创建一个 epoll 的句柄，参数要大于 0， 没有太大意义
if( -1 == epfd ){
perror ( "epoll_create");
return -1;
}

event.data.fd = 0; // 标准输入
event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读


// 事件注册函数，将标准输入描述符 0 加入监听事件
ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, & event);
if( -1 == ret){
perror( "epoll_ctl");
return -1;
}

event.data.fd = udpfd; // 有名管道
event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读

// 事件注册函数，将有udp描述符udpfd 加入监听事件
ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, udpfd, & event);
if( -1 == ret){
perror( "epoll_ctl");
return -1;
}

while( 1)
{
// 监视并等待多个文件（标准输入，udp套接字）描述符的属性变化（是否可读）
// 没有属性变化，这个函数会阻塞，直到有变化才往下执行，这里没有设置超时
ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, 2, -1);

write( 1, "UdpQQ:", 6);

if(ret == -1){ // 出错
close(epfd);
perror( "epoll");
}
else if(ret > 0){ // 准备就绪的文件描述符
char buf[ 100] = { 0};
if( ( 0 == wait_event.data.fd )
&& ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ) ){ // 标准输入

fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
if(strncmp(buf, "sayto", 5) == 0)
{
char ipbuf[ 16] = "";
inet_pton(AF_INET, buf+ 6, &caddr.sin_addr); //给addr套接字地址再赋值.
printf( "\rsay to %s\n",inet_ntop(AF_INET,&caddr.sin_addr,ipbuf, sizeof(ipbuf)));
continue;
}
else if(strcmp(buf, "exit")== 0)
{
close(udpfd);
exit( 0);
}
sendto(udpfd, buf, strlen(buf), 0,( struct sockaddr*)&caddr, sizeof(caddr));

}
else if( ( udpfd == wait_event.data.fd )
&& ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN )){ //udp套接字
struct sockaddr_in addr;
char ipbuf[INET_ADDRSTRLEN] = "";
socklen_t addrlen = sizeof(addr);

bzero(&addr, sizeof(addr));

recvfrom(udpfd, buf, 100, 0, ( struct sockaddr*)&addr, &addrlen);
printf( "\r\033[31m[%s]:\033[32m%s\n",inet_ntop(AF_INET,&addr.sin_addr,ipbuf, sizeof(ipbuf)),buf);
}

}
else if( 0 == ret){ // 超时
printf( "time out\n");
}
}

return 0;
}

运行结果：

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