学习使用epoll
epoll是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本,它能显著减少程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率。
一、epoll的优点
支持一个进程打开大数目的socket描述符。
IO效率不随FD数目增加而线性下降。
二、epoll的使用
epoll有2种工作方式:LT和ET。
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。如果你不作任操作,
内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。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no-block socket。在这种模式下,当描述符从未
就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文
件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在
发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是
请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知
(only once)。
epoll相关的系统调用有3个:epoll_create, epoll_ctl和epoll_wait。在头文件<sys/epoll.h>
1. int epoll_create(int size);
创建一个epoll句柄,即图中的epfd, 用来监听事件, size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。
这个参数不同于select()中的第一个参数,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,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);
参数op是操作类型, 使用这个方法完成3种操作:
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;
(1) 注册新事件
struct epoll_event ev; ev.data.fd = fd; ev.events = EPOLLIN; epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_ADD, fd, &ev);
(2) 修改监听事件
struct epoll_event *a_event = get_a_event() struct epoll_event ev; ev.data.fd = a_event->data.fd; ev.events = a_event->events | EPOLLOUT; epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_MOD, a_event->data.fd, &ev);
(3) 删除事件
struct epoll_event *a_event = get_a_event() struct epoll_event ev; ev.data.fd = a_event->data.fd; epoll_cntl(epfd, EPOOL_CTL_DEL, a_event->data.fd, &ev);
3种操作都使用了一个ev变量, 这个变量用来关联fd和它的监听事件, 是临时的, 可以反复使用.
ev是一个struct epoll_event结构体, 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 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。
注意多个socket可以设置不同的触发模式
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
3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生, 把产生的事件存放到events数组里, 如图中所示, 调用epoll_wait后,
fd 1和 fd 3和fd k产生了事件, 把它们分别存放到events[0], events[1], events[2]
参数epfd:epoll_create()函数返回的epoll句柄。
参数events:struct epoll_event结构指针,用来从内核得到事件的集合。
参数 maxevents:告诉内核这个events有多大
参数 timeout: 等待时的超时时间,以毫秒为单位。
返回值:成功时,返回需要处理的事件数目。调用失败时,返回0,表示等待超时。
三 epoll实例 -- 模拟HTTP服务器
#include <sys/socket.h> #include <sys/wait.h> #include <netinet/in.h> #include <netinet/tcp.h> #include <sys/epoll.h> #include <sys/sendfile.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <strings.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #define MAX_EVENTS 10 #define PORT 8080 //设置socket连接为非阻塞模式 void setnonblocking(int sockfd) { int opts; opts = fcntl(sockfd, F_GETFL); if(opts < 0) { perror("fcntl(F_GETFL)\n"); exit(1); } opts = (opts | O_NONBLOCK); if(fcntl(sockfd, F_SETFL, opts) < 0) { perror("fcntl(F_SETFL)\n"); exit(1); } } int main(){ struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; int addrlen, listenfd, conn_sock, nfds, epfd, fd, i, nread, n; struct sockaddr_in local, remote; char buf[BUFSIZ]; //创建listen socket if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) { perror("sockfd\n"); exit(1); } bzero(&local, sizeof(local)); local.sin_family = AF_INET; local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);; local.sin_port = htons(PORT); if( bind(listenfd, (struct sockaddr *) &local, sizeof(local)) < 0) { perror("bind\n"); exit(1); } listen(listenfd, 20); epfd = epoll_create(MAX_EVENTS); if (epfd == -1) { perror("epoll_create"); exit(EXIT_FAILURE); } ev.events = EPOLLIN; ev.data.fd = listenfd; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: listen_sock"); exit(EXIT_FAILURE); } for (;;) { nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1); if (nfds == -1) { perror("epoll_pwait"); exit(EXIT_FAILURE); } for (i = 0; i < nfds; ++i) { fd = events[i].data.fd; if (fd == listenfd) { conn_sock = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &remote, &addrlen); if (conn_sock == -1) { perror("accept"); exit(EXIT_FAILURE); } setnonblocking(conn_sock); ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; ev.data.fd = conn_sock; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: add"); exit(EXIT_FAILURE); } continue; } if (events[i].events & EPOLLIN) { n = 0; while ((nread = read(fd, buf + n, BUFSIZ-1)) > 0) { n += nread; } buf[n] = '\0'; ev.data.fd = fd; ev.events = events[i].events | EPOLLOUT; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1) { perror("epoll_ctl: mod"); } } if (events[i].events & EPOLLOUT) { sprintf(buf, "HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Length: %d\r\n\r\nHello World", 11); n = strlen(buf); if (write(fd, buf, n) < n) { perror("write"); } close(fd); } } } return 0; }
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