文章目录

• 4 EPOLL多路复用
• • 4.1 epoll介绍
  • 4.2 epoll接口的使用
  • 4.3 示例：使用epoll实现即时聊天
  • 4.4 epoll和select的优缺点

4 EPOLL多路复用

4.1 epoll介绍

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。同时 epoll 的性能更好，因此在工作中首选 epoll。后面会介绍select和epoll的区别。

4.2 epoll接口的使用

#include 
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);

1. int epoll_create(int size); 创建一个句柄，size告诉内核这个监听的数据一共有多大。不同于select的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。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。
2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 不同于select函数在监听时告诉内核要监听什么类型事件，而epoll是先注册监听的事件类型。
   第一个参数是epoll的句柄
   第二个参数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；
   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，struct epoll_event结构体：

struct epoll_event {__uint32_t events; /* Epoll events */epoll_data_t data; /* User data variable */
};

其中的events可以是如下几个宏：

epoll的两种触发模式：

• LT（level triggered）水平触发，是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的。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。传统的select/poll都是这种模型的代表。
• ET （edge-triggered）边缘触发，是高速工作方式，只支持non-block socket。在这种模式下，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。

3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout); 等待事件的发生，类似于select调用。参数 events 用来从内核得到事件的集合，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 将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回 0 表示已超时。

4.3 示例：使用epoll实现即时聊天

通用头文件head.h

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ARGS_CHECK(argc,num) {if(argc!=num) {printf("error args\n");return -1;}}
#define ERROR_CHECK(ret,retval,func_name) {if(ret==retval) {printf("errno=%d,",errno);fflush(stdout);perror(func_name);return -1;}}
#define THREAD_ERR_CHECK(ret,func_name) {if(ret!=0) {printf("%s failed,%d %s\n",func_name,ret,strerror(ret));return -1;}}

服务器端server.c

#include"head.h"int main(int argc,char** argv)
{ARGS_CHECK(argc,3);int sfd;	sfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);	//socket描述符ERROR_CHECK(sfd,-1,"socket");printf("sfd = %d\n",sfd);int reuse = 1,ret;//bind绑定之前，先设定一下端口重用ret = setsockopt(sfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&reuse,sizeof(int));ERROR_CHECK(ret,-1,"setsockopt");struct sockaddr_in ser_addr;	//定义服务端描述结构体bzero(&ser_addr,sizeof(ser_addr));//清空结构体ser_addr.sin_family=AF_INET;//代表要进行ipv4通信ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//把ip的点分十进制转为网络字节序ser_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//把端口转为网络字节序ret = bind(sfd,(struct sockaddr*)&ser_addr,sizeof(ser_addr));	//绑定sfdERROR_CHECK(ret,-1,"bind");ret = listen(sfd,10);	//对sfd进行监听ERROR_CHECK(ret,-1,"listen");int new_fd;	//新的传输文件的描述符struct sockaddr_in client_addr;bzero(&client_addr,sizeof(client_addr));socklen_t addr_len=sizeof(client_addr);new_fd = accept(sfd,(struct sockaddr*)&client_addr,&addr_len);//接收队列中的建立连接请求，没有就阻塞ERROR_CHECK(new_fd,-1,"accept");printf("client ip=%s,port=%d\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port));//编写即时聊天char buf[128] = {0};int epfd = epoll_create(1);//创建一个句柄，即epoll描述符struct epoll_event event,evs[2];//先注册标准输入输出event.data.fd=STDIN_FILENO;event.events=EPOLLIN;//监控是否可读//用epfd描述符注册EPOLL_CTL_ADD一个监听STDIN_FILENO的事件eventret = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,STDIN_FILENO,&event);ERROR_CHECK(ret,-1,"epoll_ctl");//再用该结构体注册new_fd，和标准输入用同一个epoll描述符event.data.fd=new_fd;event.events = EPOLLIN;ret = epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,new_fd,&event);ERROR_CHECK(ret,-1,"epoll_ctl");int ready_fd_num,i;while(1){//监听描述对应的事件，-1表示时间不确定，evs用于获取内核中epfd对应的2个事件ready_fd_num = epoll_wait(epfd,evs,2,-1);for(i = 0;iif(evs[i].data.fd==STDIN_FILENO){	//如果是标准输入，就将内容读到缓冲区，并且发送给客户端bzero(buf,sizeof(buf));ret=read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));if(!ret){printf("服务端想断开连接\n");return 0;}send(new_fd,buf,strlen(buf),0);}if(evs[i].data.fd==new_fd){	//如果new_fd可读，则读入到缓冲区，并且打印出来bzero(buf,sizeof(buf));//服务器接收数据ret=recv(new_fd,buf,sizeof(buf),0);ERROR_CHECK(ret,-1,"recv");if(!ret) { //代表对方断开了printf("客户端断开了连接\n");return 0;}printf("客户端：%s\n",buf);}}}return 0;
}

客户端client.c

#include"head.h"int main(int argc,char** argv)
{ARGS_CHECK(argc,3);int sfd;sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//初始化一个网络描述符，对应了一个缓冲区ERROR_CHECK(sfd,-1,"socket");printf("sfd=%d\n",sfd);struct sockaddr_in ser_addr;bzero(&ser_addr,sizeof(ser_addr));//清空ser_addr.sin_family=AF_INET;//代表要进行ipv4通信ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//把ip的点分十进制转为网络字节序ser_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//把端口转为网络字节序//客户端就要去连接服务器int ret=connect(sfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));ERROR_CHECK(ret,-1,"connect");//编写即时聊天char buf[128]={0};fd_set rdset;while(1){//清空集合并写入要监控的描述符FD_ZERO(&rdset);FD_SET(STDIN_FILENO,&rdset);FD_SET(sfd,&rdset);//监控哪一个描述符就绪ret=select(sfd+1,&rdset,NULL,NULL,NULL);if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rdset))//如果标准输入可读{bzero(buf,sizeof(buf));ret=read(STDIN_FILENO,buf,sizeof(buf));if(!ret){printf("I want go\n");break;}send(sfd,buf,strlen(buf)-1,0);//发送对应的字符串到对端，不带\n}if(FD_ISSET(sfd,&rdset))//如果sfd可读{bzero(buf,sizeof(buf));//服务器接收数据ret=recv(sfd,buf,sizeof(buf),0);ERROR_CHECK(ret,-1,"recv");if(!ret)//代表对方断开了{printf("byebye\n");break;}printf("%s\n",buf);}}close(sfd);
}

4.4 epoll和select的优缺点

epoll和select都是Linux下的I/O多路复用机制，但是它们的实现方式不同。select使用的是轮询的方式，而epoll使用的是事件通知的方式。因此，epoll在处理大量连接时，效率更高，而且不会随着连接数的增加而降低效率。另外，epoll支持水平触发和边缘触发两种模式，而select只支持水平触发模式。

select和epoll都是用于I/O多路复用的机制，但是它们有一些区别：

select的优点：

1. select是标准的系统调用，几乎所有的操作系统都支持它；

2. select支持的文件描述符数量没有上限，可以处理大量的连接；

3. select可以同时处理多种类型的I/O事件，包括读、写和异常事件。

select的缺点：

1. select每次调用都需要将所有的文件描述符从用户空间复制到内核空间，效率较低；

2. select返回的文件描述符集合是一个线性的数组，每次遍历都需要遍历整个数组，效率较低；

3. select对文件描述符的监控是“水平触发”，即只要文件描述符上有数据可读或可写，就会一直通知应用程序，这会导致应用程序频繁地被唤醒。

epoll的优点：

1. epoll是Linux特有的系统调用，效率较高；

2. epoll使用“事件触发”的方式，只有当文件描述符上有数据可读或可写时才会通知应用程序，避免了频繁唤醒应用程序的问题；

3. epoll支持的文件描述符数量没有上限，可以处理大量的连接。

epoll的缺点：

1. epoll只能在Linux系统上使用，不具有通用性；

2. epoll的API比select复杂，使用起来较为困难；

3. epoll不能同时处理异常事件，需要额外的处理。