《UNP》随笔——epoll的理解及应用_随笔

《UNP》随笔——epoll的理解及应用

文章目录

- 1. 为什么要使用epoll？
- - 1.1 基于select的I/O复用技术速度慢的原因
- 2. epoll函数的介绍
- - 2.1 epoll_create
  - 2.2 epoll_ctl
  - 2.3 epoll_wait
- 3. epoll的使用
- - 3.1 epoll总结
- 4. 条件触发和边缘触发

1. 为什么要使用epoll？

实现I/O复用的传统方法有select和poll，但这两者都无法实现同时接入上百个客户端，所以select并不适合当前以Web服务端开发为主流的现代开发环境，于是就产生了epoll。epoll是linux平台所支持的，在Windows平台对应支持的是IOCP。

1.1 基于select的I/O复用技术速度慢的原因

调用select函数后，需要对所有文件描述符执行循环检查语句。
每次调用select函数时都需要向该函数传递监视对象信息。

循环语句不是最大的麻烦，每次传递监视对象信息到 *** 作系统中才是最大的麻烦。
应用程序向 *** 作系统传递数据将对程序造成很大负担，而且无法通过优化代码解决，因此将成为性能上的致命弱点。
select函数与文件描述符有关，更准确地说，是监视套接字变化的函数。而套接字是由 *** 作系统管理的，所以select函数绝对需要借助于 *** 作系统才能完成功能。select函数的这一缺点可以通过如下方式弥补：

＂仅向 *** 作系统传递1 次监视对象，监视范围或内容发生变化时只通知发生变化的事项。”

这样就无需每次调用select函数时都向 *** 作系统传递监视对象信息，但前提是 *** 作系统支持这种处理方式（每种 *** 作系统支持的程度和方式存在差异）。Linux的支待方式是epoll, Windows的支持方式是IOCP 。

select 的优点
epoll方式只在Linux下提供支持，也就是说，改进的I/O复用模型不具有兼容性。相反，大部分 *** 作系统都支持select函数。只要满足或要求如下两个条件，即使在Linux平台也不应拘泥于epoll 。

服务器端接入者少。
程序应具有兼容性。

2. epoll函数的介绍

epoll函数具有如下优点，这些优点正好与之前的select函数缺点相反。

无需编写以监视状态变化为目的的针对所有文件描述符的循环语句。
调用对应于select函数的epoll_wait函数时无需每次传递监视对象信息。

epoll服务器端实现中需要的3个函数，

epoll_ create: 创建保存epoll文件描述符的空间。
epoll_ctl: 向空间注册并注销文件描述符。
epoll_wait: 与select函数类似，等待文件描述符发生变化。

select和epoll的不同

select方式

用fd_set变量保存监视对象文件描述符。
用FD_SET，FD_CLR添加和删除对象。
select函数等待文件描述符的变化。
通过FD_ISSET查看状态变化的文件描述符。

epoll方式

*** 作系统负责保存监视对象文件描述符，因此需要向 *** 作系统请求创建保存文件描述符的空间。
通过epoll_ctl 函数请求 *** 作系统添加和删除对象。
epoll_wait函数等待文件描述符的变化。
通过结构体epoll_event将发生变化的文件描述符单独集中到一起。

epoll_event结构体：

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

声明足够大的epoll_even结构体数组后，传递给epoll_wait函数时．发生变化的文件描述符信息将被填入该数组。因此，无需像select函数那样针对所有文件描述符进行循环。

2.1 epoll_create

#include 
int epoll_create(int size);

调用epoll_creat函数创建的文件描述符保存空间称为“epoll例程”，有些情况下名称会不同。通过传递size参数来决定空间大小，但这个值只是给 *** 作系统一个建议，换言之，size并不能决定epoll的大小。

Linux 2.6.8 之后的内核将完全忽略传入epoll_create 函数的size 参数，因为内核会根据情况调整epoll 例程的大小。

epoll_creat函数创建的资源与套接字相同，也由 *** 作系统管理。因此，此函数和创建套接字的情况相同，也会返回文件描述符。需要终止时，与其他文件描述符相同，也要调用close函数。

2.2 epoll_ctl

生成例程后，应在其内部注册监视对象文件描述符，此时使用epoll_ctl函数。

#include 
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event * event);
//成功时返回0 , 失败时返回-1 。
#epfd   用千注册监视对象的epoll例程的文件描述符。
#op     用千指定监视对象的添加、删除或更改等 *** 作。
#fd     需要注册的监视对象文件描述符。
#event  监视对象的事件类型。

该函数看起来复杂，但是调用语句就很容易理解，假设按如下形式调用epoll_ctl函数：

epoll_ctl(A, EPOLL_CTL_ADD, B, C);

第二个参数 EPOLL_CTL_ADD 意味着“添加”，上述语句有如下意义：

epoll例程A中注册文件描述符B，主要目的是为了监视参数C中的事件。

再介绍一个调用语句。

epoll_ctl(A, EPOLL_CTL_DEL, B, NULL);

上述语句中第二个参数意味着这是一条删除语句，其含义为：

从epoll例程A中删除文件描述符B

从示例可以看出，从监视对象中删除文件描述符时，不需要监视类型参数，因此可以向第四个参数传递NULL。

epoll_ctl第二个参数传递的常量及含义。

EPOLL_CTL_ADD: 将文件描述符注册到epoll例程
EPOLL_CTL_DEL: 从epoll例程中删除文件描述符。
EPOLL CTL MOD: 更改注册的文件描述符的关注事件发生情况。

epoll_event结构体用于保存事件的文件描述符集合，但也可以在epoll例程中注册文件描述符时，用于注册监视事件。如下：

struct epoll_event event;
event.events=EPOLLIN; //发生需要读取数据的情况（事件） 时
event.data.fd=sockfd;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);

上述代码将epfd注册到epoll例程epfd中，并在需要读取数据的情况下产生相应事件。下面是epoll_event的成员events中可以保存的常量及所指的事件类型。

EPOLLIN: 需要读取数据的情况。
EPOLLOUT: 输出缓冲为空，可以立即发送数据的情况。
EPOLLPRI: 收到OOB数据的情况。
EPOLLRDHUP: 断开连接或半关闭的情况，这在边缘触发方式下非常有用。
EPOLLERR: 发生错误的情况。
EPOLLET: 以边缘触发的方式得到事件通知。
EPOLLONESHOT: 发生一次事件后，相应文件描述符不再收到事件通知。因此需要向epoll_ctl 函数的第二个参数传递EPOLL_CTL_MOD , 再次设置事件。

可以通过位运算同时传递多个上述参数，如EPOLLIN ｜ EPOLLOUT

2.3 epoll_wait

下面是函数原型：

#include 
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
//成功时返回发生事件的文件描述符数，失败时返回-1。
 
#epfd      表示事件发生监视范围的epoll例程的文件描述符。
#events    保存发生事件的文件描述符集合的结构体地址值。
#maxevents 第二个参数中可以保存的最大事件数。
#timeout   以1/1000秒为单位的等待时间，传递-1 时， 一直等待直到发生事件。

该函数调用方式如下。需要注意的是，第二个参数所指缓冲需要动态分配。

int event_cnt;
struct epoll_event * ep_events;
ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event}*EPOLL_SIZE); //EPOLL_SIZE 是宏常量
event cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);

调用函数后，返回发生事件的文件描述符，同时在第二个参数指向的缓冲中保存发生事件的文件描述符集合。因此，无需像select一样插入针对所有文件描述符的循环。

3. epoll的使用

客户端：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define BUF_SIZE 100
#define EPOLL_SIZE 50
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t adr_sz;
    int str_len, i;
    char buf[BUF_SIZE];

    struct epoll_event *ep_events;
    struct epoll_event event;
    int epfd, event_cnt;

    if(argc != 2){
        printf("Usage : %s  n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
    if (listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE); // 该参数可以忽略
    ep_events = malloc(sizeof(struct epoll_event) * EPOLL_SIZE);

    event.events = EPOLLIN; // 监控读取数据的情况
    event.data.fd = serv_sock;
    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, serv_sock, &event); // 在例程中添加

    while(1){
        event_cnt = epoll_wait(epfd, ep_events, EPOLL_SIZE, -1);
        if(event_cnt == -1){
            puts("epoll_wait() error");
            break;
        }
        for(i =0; i 
编译运行： 
 
3.1 epoll总结 
epoll使用的流程： 
epoll_create创建一个保存epoll文件描述符的空间，可以没有参数
动态分配内存，给将要监视的epoll_wait
利用epoll_ctl控制、添加、删除，
利用epoll_wait来获取改变的文件描述符，来执行程序。
 select和epoll的区别： 
每次调用select函数都会向 *** 作系统传递监视对象信息，浪费大量时间
epoll仅向 *** 作系统传递一次监视对象，监视范围或内容发生改变时只通知发生变化的事项。 
4. 条件触发和边缘触发 
epoll对文件描述符有两种模式：条件触发（Level Trigger），边缘触发（Edge Trigger）。
 条件触发和边缘触发					
										


					
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