下面有一张图，这张图来自 The Linux Programming Interface(No Starch Press)。它直观地为我们展示了 select、poll、epoll 几种不同的 I/O 复用技术在面对不同文件描述符大小时的表现差异。
从图中可以明显地看到，epoll 的性能是最好的，即使在多达 10000 个文件描述的情况下，其性能的下降和有 10 个文件描述符的情况相比，差别也不是很大。而随着文件描述符的增大，常规的 select 和 poll 方法性能逐渐变得很差。
epoll 的用法
epoll 可以说是和 poll 非常相似的一种 I/O 多路复用技术，有些朋友将 epoll 归为异步 I/O，我觉得这是不正确的。本质上 epoll 还是一种 I/O 多路复用技术， epoll 通过监控注册的多个描述字，来进行 I/O 事件的分发处理。不同于 poll 的是，epoll 不仅提供了默认的 level-triggered（条件触发）机制，还提供了性能更为强劲的 edge-triggered（边缘触发）机制。
使用 epoll 进行网络程序的编写，需要三个步骤，分别是 epoll_create，epoll_ctl 和 epoll_wait。
epoll_create：
int epoll_create(int size);
int epoll_create1(int flags);
返回值: 若成功返回一个大于0的值，表示epoll实例；若返回-1表示出错epoll_create() 方法创建了一个 epoll 实例，从 Linux 2.6.8 开始，参数 size 被自动忽略，但是该值仍需要一个大于 0 的整数。这个 epoll 实例被用来调用 epoll_ctl 和 epoll_wait，如果这个 epoll 实例不再需要，比如服务器正常关机，需要调用 close() 方法释放 epoll 实例，这样系统内核可以回收 epoll 实例所分配使用的内核资源。
参数 size，在一开始的 epoll_create 实现中，是用来告知内核期望监控的文件描述字大小，然后内核使用这部分的信息来初始化内核数据结构。在新的实现中，这个参数不再被需要，因为内核可以动态分配需要的内核数据结构。我们只需要注意，每次将 size 设置成一个大于 0 的整数就可以了。
epoll_create1() 的用法和 epoll_create() 基本一致，如果 epoll_create1() 的输入 flags 为 0，则和 epoll_create() 一样，内核自动忽略。可以增加如 EPOLL_CLOEXEC 的额外选项，如果你有兴趣的话，可以研究一下这个选项有什么意义。
epoll_ctl:
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
返回值: 若成功返回0；若返回-1表示出错在创建完 epoll 实例之后，可以通过调用 epoll_ctl 往这个 epoll 实例增加或删除监控的事件。
第一个参数 epfd 是刚刚调用 epoll_create 创建的 epoll 实例描述字，可以简单理解成是 epoll 句柄。
第二个参数表示增加还是删除一个监控事件，它有三个选项可供选择：
- EPOLL_CTL_ADD： 向 epoll 实例注册文件描述符对应的事件。
- EPOLL_CTL_DEL：向 epoll 实例删除文件描述符对应的事件。
- EPOLL_CTL_MOD： 修改文件描述符对应的事件。
第三个参数是注册的事件的文件描述符，比如一个监听套接字。
第四个参数表示的是注册的事件类型，并且可以在这个结构体里设置用户需要的数据，其中最为常见的是使用联合结构里的 fd 字段，表示事件所对应的文件描述符。
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};我们在前面介绍 poll 的时候已经接触过基于 mask 的事件类型了，这里 epoll 仍旧使用了同样的机制，我们重点看一下这几种事件类型：
- EPOLLIN：表示对应的文件描述字可以读；
- EPOLLOUT：表示对应的文件描述字可以写；
- EPOLLRDHUP：表示套接字的一端已经关闭，或者半关闭；
- EPOLLHUP：表示对应的文件描述字被挂起；
- EPOLLET：设置为 edge-triggered，默认为 level-triggered。
epoll_wait：
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
返回值: 成功返回的是一个大于0的数，表示事件的个数；返回0表示的是超时时间到；若出错返回-1.epoll_wait() 函数类似之前的 poll 和 select 函数，调用者进程被挂起，在等待内核 I/O 事件的分发。
第一个参数是 epoll 实例描述字，也就是 epoll 句柄。
第二个参数返回给用户空间需要处理的 I/O 事件，这是一个数组，数组的大小由 epoll_wait 的返回值决定，这个数组的每个元素都是一个需要待处理的 I/O 事件，其中 events 表示具体的事件类型，事件类型取值和 epoll_ctl 可设置的值一样，这个 epoll_event 结构体里的 data 值就是在 epoll_ctl 那里设置的 data，也就是用户空间和内核空间调用时需要的数据。
第三个参数是一个大于 0 的整数，表示 epoll_wait 可以返回的最大事件值。
epoll 例子
#define MAXEVENTS 128
char rot13_char(char c) {
if ((c >= 'a' && c <= 'm') || (c >= 'A' && c <= 'M'))
return c + 13;
else if ((c >= 'n' && c <= 'z') || (c >= 'N' && c <= 'Z'))
return c - 13;
else
return c;
}
int main(int argc, char **argv) {
int listen_fd, socket_fd;
int n, i;
int efd;
struct epoll_event event;
struct epoll_event *events;
listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fcntl(listen_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port = htons(port);
int on = 1;
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
int rt1 = bind(listen_fd, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
if (rt1 < 0) {
printf("bind failed \n");
exit(0);
}
int rt2 = listen(listenfd, LISTENQ);
if (rt2 < 0) {
printf("listen failed \n");
exit(0);
}
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
efd = epoll_create1(0);
if (efd == -1) {
printf("epoll create failed\n");
return 0;
}
event.data.fd = listen_fd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
/*调用 epoll_ctl 将监听套接字对应的 I/O 事件进行了注册，这样在有新的连接建立之后，就可以感知到。注意这里使用的是 edge-triggered（边缘触发）*/
if (epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &event) == -1) {
printf("epoll_ctl add listen fd failed\n");
}
/* Buffer where events are returned */
events = calloc(MAXEVENTS, sizeof(event));
/*主循环调用 epoll_wait 函数分发 I/O 事件，当 epoll_wait 成功返回时，通过遍历返回的 event 数组，就直接可以知道发生的 I/O 事件*/
while (1) {
n = epoll_wait(efd, events, MAXEVENTS, -1);
printf("epoll_wait wakeup\n");
for (i = 0; i < n; i++) {
if ((events[i].events & EPOLLERR) ||
(events[i].events & EPOLLHUP) ||
(!(events[i].events & EPOLLIN))) {
fprintf(stderr, "epoll error\n");
close(events[i].data.fd);
continue;
} else if (listen_fd == events[i].data.fd) {
struct sockaddr_storage ss;
socklen_t slen = sizeof(ss);
int fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *) &ss, &slen);
if (fd < 0) {
printf("accept failed\n");
} else {
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
event.data.fd = fd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET; //edge-triggered
/*调用 epoll_ctl 把已连接套接字对应的可读事件注册到 epoll 实例中*/
if (epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event) == -1) {
printf("epoll_ctl add connection fd failed\n");
}
}
continue;
} else {//处理了已连接套接字上的可读事件，读取字节流，编码后再回应给客户端
socket_fd = events[i].data.fd;
printf("get event on socket fd == %d \n", socket_fd);
while (1) {
char buf[512];
if ((n = read(socket_fd, buf, sizeof(buf))) < 0) {
if (errno != EAGAIN) {
printf("read error\n");
close(socket_fd);
}
break;
} else if (n == 0) {
close(socket_fd);
break;
} else {
for (i = 0; i < n; ++i) {
buf[i] = rot13_char(buf[i]);
}
if (write(socket_fd, buf, n) < 0) {
printf("write error\n");
}
}
}
}
}
}
free(events);
close(listen_fd);
}edge-triggered VS level-triggered
两者的区别，条件触发的意思是只要满足事件的条件，比如有数据需要读，就一直不断地把这个事件传递给用户；而边缘触发的意思是只有第一次满足条件的时候才触发，之后就不会再传递同样的事件了。一般我们认为，边缘触发的效率比条件触发的效率要高，这一点也是 epoll 的杀手锏之一。
总之， Linux 中 epoll 的出现，为高性能网络编程补齐了最后一块拼图。epoll 通过改进的接口设计，避免了用户态 - 内核态频繁的数据拷贝，大大提高了系统性能。在使用 epoll 的时候，我们一定要理解条件触发和边缘触发两种模式。条件触发的意思是只要满足事件的条件，比如有数据需要读，就一直不断地把这个事件传递给用户；而边缘触发的意思是只有第一次满足条件的时候才触发，之后就不会再传递同样的事件了。
温故而知新 ！
