poll虽然对selcet的部分缺陷做出了改进:
- 取消了文件描述符fd的最大数量限制
- fd集合不能重用的问题
但是依然有着共同的缺陷：
- 每次调用时都需要将fd集合从用户态拷贝至内核态
- 内核态每次需要主动遍历集合所有fd才能知道需要检测哪些文件
- 返回时无法得知具体是哪几个fd收到了数据，每次也都需要遍历集合中所有的fd
epoll则进一步解决了这些缺陷：
- 它直接在内核中构造结构体用于存储fd集合，省去了每次的拷贝
- 它不再使用线性的数组方式储存fd，而是采用了红黑树成员
rbr来储存，红黑树节点上注册有回调函数，事件到来后执行回调函数 - 将返回的结果存放在双向链表成员
rd_list中，从而使得用户可以直接得到获得数据的文件而无需遍历
关键API
创建epoll实例
#include <sys/epoll.h>
// 创建一个新的epoll实例。在内核中创建了一个结构体类型的数据
// 这个结构体中有两个比较重要的数据，一个是需要检测的文件描述符的信息(红黑树)
// 还有一个是就绪列表，存放检测到数据发送改变的文件描述符信息(双向链表)。
int epoll_create(int size);
- 参数:
size : 目前没有意义了。随便写一个数，必须大于0
- 返回值:
-1 : 失败
>0 : 文件描述符，用于操作epoll实例
epoll实例管理
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 */
};
常见的Epoll events:
- EPOLLIN
- EPOLLOUT
- EPOLLERR
- EPOLLET //设置为ET模式
//对epoll实例进行管理:添加文件描述符信息，删除信息，修改信息
int epoll_ctl(int epfd， int op，int fd， struct epoll_event *event) ;
- 参数:
- epfd: epoll实例对应的文件描述符
- op: 要进行什么操作
- EPOLL_CTL_ADD: 添加
- EPOLL_CTL_MOD: 修改
- EPOLL_CTL_DEL:删除
- fd: 要检测的文件描述符
- event: 检测文件描述符什么事情
检测epoll
// 检测函数
int epoll_wait(int epfd， struct epoll_event *events， int maxevents， int timeout);
- 参数:
- epfd : epoll实例对应的文件描述符
- events : 传出参数，保存了发送了变化的文件描述符的信息
- maxevents : 第二个参数结构体数组的大小
- timeout : 阻塞时间
- 0: 不阻塞
- -1 : 阻塞，直到检测到fd数据发生变化，解除阻塞
- > 0: 阻塞的时长(毫秒)
- 返回值:
- 成功，返回发送变化的文件描述符的个数> 0
- 失败-1
epoll的工作模式
工作模式是通过epoll event来进行设置的，见上述对于epoll event的介绍
LT模式(水平触发)
LT (level-triggered)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。
如果你不对该文件描述作任何操作，或是未完全读完，即只要读缓冲区还有数据，内核还是会在下一次调用时继续通知你。
LT模式举例
假设委托内核检测读事件 -> 则内核检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 -> epoll检测到了会给用户通知
a. 用户不读数据，数据一直在缓冲区，epoll会一直通知
b. 用户只读了一部分数据，epoll会通知
C. 缓冲区的数据读完了，不通知
ET模式(边沿触发)
ET (edge-triggered)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。
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)。
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。
但是 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。这是由于在该模式下读取数据时必须读完每个文件的数据，因为内核不会再次通知。而读操作如果不设置未未阻塞，则会导致其他任务无法运行。
ET模式举例
假设委托内核检测读事件 -> 则内核检测fd的读缓冲区
读缓冲区有数据 -> epoll检测到了会给用户通知
a.用户不读数据，数据一致在缓冲区中，epoll下次检测的时候就不通知了
b.用户只读了一部分数据，epoll不通知
C.缓冲区的数据读完了，不通知
EPOLLONESHOT事件
即使可以使用ET模式，一个socket上的某个事件还是可能被触发多次。
比如一个线程在读取完某个socket上的数据后开始处理这些数据，而在数据的处理过程中该socket上又有新数据可读 (EPOLLIN再次被触发)，此时另外一个线程被唤醒来读取这些新的数据。于是就出现了两个线程同时操作一个socket的局面。
一个socket连接在任一时刻都只被一个线程处理， 可以使用epoll的EPOLLONESHOT事件实现。
对于注册了EPOLLONESHOT事件的文件描述符，操作系统最多触发其上注册的一个可读、可写或者异常事件，且只触发一次，除非我们使用epoll_ctl函数重置该文件描述符上注册的EPOLLONESHOT事件。
这样，当一个线程在处理某个socket时，其他线程是不可能有机会操作该socket的。
但反过来思考，注册了EPOLLONESHOT事件的socket一旦被某个线程处理完毕，该线程就应该立即重置这个socket上的EPOLLONESHOT事件，以确保这个socket下一次可读时，其EPOLLIN事件能被触发，进而让其他工作线程有机会继续处理这个socket。
服务器端代码
LT 模式
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
int main(){
int lfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(lfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
listen(lfd, 8);
// 创建epoll实例
int epfd = epoll_create(100);
// 创建检测事件
struct epoll_event e;
e.data.fd = lfd;
e.events = EPOLLIN;
// 设置检测文件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&e);
struct epoll_event revents[1024];
while (1)
{
int ret = epoll_wait(epfd,revents,1024,-1);
if(ret==-1){
perror("select");
exit(-1);
}
else if(ret==0) continue;
else if(ret>0){
for(int i =0;i<ret;i++){
if(revents[i].data.fd == lfd){
struct sockaddr_in caddr;
int len = sizeof(caddr);
int cfd = accept(lfd,(struct sockaddr *)&caddr, &len);
e.data.fd = cfd;
e.events = EPOLLIN | EPOLLOUT; //同时关注读写事件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&e);
}
else {
if(revents[i].events & EPOLLIN){
char buf[5] = {0};
int len = read(revents[i].data.fd,buf,sizeof(buf));
if(len==-1){
perror("read");
exit(-1);
}
else if(len==0){
printf("客户端 %d 关闭\n",revents[i].data.fd);
close(revents[i].data.fd);
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,revents[i].data.fd,NULL);
}
else if(len>0){
printf("读取数据：%s\n",buf);
write(revents[i].data.fd,buf,strlen(buf)+1);
}
}
else if(revents[i].events & EPOLLOUT){
continue;
}
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
}
这种情况下，每次未读取完的数据仍旧会通知用户，每次接着读取，因此可以作用于阻塞的套接字
ET模式
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main(){
int lfd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
struct sockaddr_in saddr;
saddr.sin_port = htons(9999);
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(lfd,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));
listen(lfd, 8);
// 创建epoll实例
int epfd = epoll_create(100);
// 创建检测事件
struct epoll_event e;
e.data.fd = lfd;
e.events = EPOLLIN;
// 设置检测文件
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,lfd,&e);
struct epoll_event revents[1024];
while (1)
{
int ret = epoll_wait(epfd,revents,1024,-1);
if(ret==-1){
perror("select");
exit(-1);
}
else if(ret==0) continue;
else if(ret>0){
for(int i =0;i<ret;i++){
if(revents[i].data.fd == lfd){
struct sockaddr_in caddr;
int len = sizeof(caddr);
int cfd = accept(lfd,(struct sockaddr *)&caddr, &len);
//设置文件描述符非阻塞
int flag = fcntl(cfd,F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(cfd,F_SETFL,flag);
e.data.fd = cfd;
e.events = EPOLLIN | EPOLLET; // 设置为边沿触发 ET模式
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,cfd,&e);
}
else {
if(revents[i].events & EPOLLIN){
// 循环读取出所有数据
char buf[5] = {0};
int len = 0;
while ((len = read(revents[i].data.fd,buf,sizeof(buf)))>0)
{
printf("读取数据：%s\n",buf);
write(revents[i].data.fd,buf,strlen(buf)+1);
}
if(len==-1){
// 非阻塞模式下 读取完所有数据后也会返回-1 此时错误号为EAGAIN
if(errno == EAGAIN){
printf("data over\n");
}
else{
perror("read");
exit(-1);
}
}
else if(len==0){
printf("客户端 %d 关闭\n",revents[i].data.fd);
close(revents[i].data.fd);
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_DEL,revents[i].data.fd,NULL);
}
}
else if(revents[i].events & EPOLLOUT){
continue;
}
}
}
}
}
close(lfd);
close(epfd);
}
先为文件描述符设置阻塞属性，然后将检测事件设置为ET模式
读取时循环读取文件中的所有数据