epoll介绍

epoll的行为与poll(2)相似，监视多个有IO事件的文件描述符。epoll除了提供select/poll那种IO事件的水平触发(Level Triggered)外，还提供了边缘触发(Edge Triggered)，这就使得用户空间程序有可能缓存IO状态，减少epoll_wait/epoll_pwait的调用，提高应用程序效率。

epoll_create(2) 创建一个新的epoll实例，并返回一个引用该实例的文件描述符

epoll_ctl(2) 创建epoll实例后，注册对感兴趣的文件描述符。当前注册在epoll实例上的文件描述符集被称为epoll集合。

epoll_wait(2) 等待I/O事件，如果当前没有事件可用，则阻塞调用线程。

水平触发和边沿触发

epoll事件分布接口既可以表现为边缘触发(ET)，也可以表现为水平触发(LT)。这两种机制的区别

可以这样描述。假设有这种情况发生:

表示管道(rfd)的读侧的文件描述符在epoll实例上注册。

管道写入器在管道的写入端写入2 kB的数据。

调用epoll_wait(2)将返回rfd作为就绪文件描述符。

管道读取器从rfd读取1kb的数据。

epoll_wait(2)调用完成。

如果使用边缘触发标志将rfd文件描述符注册到epoll接口，那么第五步的epoll_wait(2)的调用可能会挂起，尽管文件输入缓冲区仍然有1kb数据可读；同时，远程对等端可能正在期望基于它已发送的数据的应答。这样做的原因是，只有在被监视文件描述符上发生更改时，边缘触发模式才交付事件。因此，在步骤5中，调用者可能会以等待那些仍在输入缓冲区中的数据的状态下结束。

在上面的例子中，将生成rfd上的一个事件，因为在2中完成了写入，而在3中使用了该事件。由于在4中完成的读操作不会消耗整个缓冲区数据，所以在步骤5中完成的对epoll_wait(2)的调用可能会无限期阻塞。

使用EPOLLET标志的应用程序应该使用非阻塞文件描述符，以避免在处理多个文件描述符时出现有阻塞的读写饥饿任务。建议使用epoll作为边沿触发(EPOLLET)接口的方式如下:

i、 具有非阻塞文件描述符

ii、只有在read(2)或write(2)返回EAGAIN后才等待事件。

相反，当EPOLLET作为水平触发接口使用时(默认情况下，没有指定EPOLLET)， epoll只是一个更快的poll(2)，并且可以在使用后者的任何地方使用，因为它具有相同的语义。

Epoll的优点：

1、支持一个进程打开大数目的socket描述符(FD)

select能打开的文件描述符有一定的限制，FD_SETSIZE设置，默认值是2048，有两种解决方法，1、修改它的值，然后重新编译内核。2、使用多进程加入要并发20w个客户，那么就要开100进程；epoll则没有这个限制，它所支持的FD上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048,举个例子,在1GB内存的机器上大约是2万左右，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。

2、IO效率不随FD数目增加而线性下降

select/poll采用轮询的方式扫描文件描述符，文件描述符数量越多，性能越差；内核 / 用户空间内存拷贝问题，select/poll需要复制大量的句柄数据结构，产生巨大的开销；select/poll返回的是含有整个句柄的数组，应用程序需要遍历整个数组才能发现哪些句柄发生了事件，导致效率呈现线性下降。但是epoll不存在这个问题，它只会对"活跃"的socket进行操作---这是因为在内核实现中epoll是根据每个fd上面的callback函数实现的。

3、支持边缘触发模式

select/poll的触发方式是水平触发，应用程序如果没有完成对一个已经就绪的文件描述符进行IO操作，那么之后每次select/poll调用还是会将这些文件描述符通知进程。

4、使用mmap加速内核与用户空间的消息传递。

select/poll和epoll都需要内核把FD消息通知给用户空间，如何避免不必要的内存拷贝很重要，在这点上，select/poll需要复制整个FD数组，产生巨大的开销；而epoll是通过内核于用户空间mmap同一块内存实现的。

epoll的系统调用

epoll_create

int epoll_create(int size);

int epoll_create1(int flags);

创建一个epoll的句柄。自从linux2.6.8之后，size参数是被忽略的，更推荐使用epoll_crete1(0)来替代，flags可以设置EPOLL_CLOEXEC标志

epoll_ctl

#include

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

该系统调用对文件描述符epfd引用的epoll(7)实例执行控制操作。它请求对目标文件描述符fd执行操作op。

epfd : epoll_create创建的文件描述符.

op ：参数的有效参数为:

EPOLL_CTL_ADD

在文件描述符epfd引用的epoll实例上注册目标文件描述符fd。

EPOLL_CTL_MOD

修改已注册描述符fd关联的事件。

EPOLL_CTL_DEL

从epfd引用的epoll实例中删除(取消注册)目标文件描述符fd。该事件将被忽略，并且可以是NULL

fd ：待监听的fd

epoll_event : 描述链接到文件描述符fd的对象，它的定义如下

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成员是由以下可用事件类型的零个或多个组合在一起组成的位掩码：

EPOLLIN ：关联的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭)；

EPOLLOUT：关联的文件描述符可以写；

EPOLLPRI：关联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：关联的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：关联的文件描述符被挂断；

EPOLLRDHUP：流套接字对等关闭连接，或半关闭写。(当使用边缘触发监视时，此标记对于编写简单代码检测对等端是否关闭特别有用。2.6.17引入)

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。

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fd的话，需要再次把这个fd加入到EPOLL队列里

它们在内核头文件里的定义如下：

33

34 enum EPOLL_EVENTS

35 {

36 EPOLLIN = 0x001,

37 #define EPOLLIN EPOLLIN

38 EPOLLPRI = 0x002,

39 #define EPOLLPRI EPOLLPRI

40 EPOLLOUT = 0x004,

41 #define EPOLLOUT EPOLLOUT

42 EPOLLRDNORM = 0x040,

43 #define EPOLLRDNORM EPOLLRDNORM

44 EPOLLRDBAND = 0x080,

45 #define EPOLLRDBAND EPOLLRDBAND

46 EPOLLWRNORM = 0x100,

47 #define EPOLLWRNORM EPOLLWRNORM

48 EPOLLWRBAND = 0x200,

49 #define EPOLLWRBAND EPOLLWRBAND

50 EPOLLMSG = 0x400,

51 #define EPOLLMSG EPOLLMSG

52 EPOLLERR = 0x008,

53 #define EPOLLERR EPOLLERR

54 EPOLLHUP = 0x010,

55 #define EPOLLHUP EPOLLHUP

56 EPOLLRDHUP = 0x2000,

57 #define EPOLLRDHUP EPOLLRDHUP

58 EPOLLEXCLUSIVE = 1u << 28,

59 #define EPOLLEXCLUSIVE EPOLLEXCLUSIVE

60 EPOLLWAKEUP = 1u << 29,

61 #define EPOLLWAKEUP EPOLLWAKEUP

62 EPOLLONESHOT = 1u << 30,

63 #define EPOLLONESHOT EPOLLONESHOT

64 EPOLLET = 1u << 31

65 #define EPOLLET EPOLLET

66 };

67

68

69 /* Valid opcodes ( "op" parameter ) to issue to epoll_ctl(). */

70 #define EPOLL_CTL_ADD 1 /* Add a file descriptor to the interface. */

71 #define EPOLL_CTL_DEL 2 /* Remove a file descriptor from the interface. */

72 #define EPOLL_CTL_MOD 3 /* Change file descriptor epoll_event structure. */

epoll_wait

#include

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,

int maxevents, int timeout);

int epoll_pwait(int epfd, struct epoll_event *events,

int maxevents, int timeout,

const sigset_t *sigmask);

等待在epoll监控的事件中已经发生的事件。

epfd : epoll_create() 的返回值.

events : 分配好的epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件赋值到events数组中(events不可以是空指针，内核只负责把数据复制到这个events数组中，不会去帮助我们在用户态中分配内存)

maxevents : maxevents告知内核这个events有多大，这个 maxevents的值大于0(否则Error ：Invalid argument)

timeout : 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)。如果函数调用成功，返回对应I/O上已准备好的文件描述符数目，如返回0表示已超时，它会阻塞直到

一个文件描述符有事件发生;

信号处理器中断;

超时;

epoll示例程序

此程序简单测试一下三个API，注册标准输出的描述符到epoll，监视标准输出的读事件，触发后回显一遍，quit退出程序.

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

typedef std::vector PollFdList;

int main(int argc ,char **argv)

{

int fd;

char buf[1024];

int i,res,real_read, maxfd;

if((fd=open("/dev/stdin",O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)

{

fprintf(stderr,"open data1 error:%s",strerror(errno));

return 1;

}

PollFdList m_pollfds;

int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);

struct epoll_event ev;

ev.events = EPOLLIN | EPOLLPRI;

ev.data.fd = fd;

epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);

m_pollfds.resize(1024);

while(1)

{

int ret = epoll_wait(epfd, m_pollfds.data(), m_pollfds.size(), 5000);

if (ret < 0)

{

printf("ePoll error : %s\n",strerror(errno));

return 1;

}

if(ret == 0){

printf("ePoll timeout\n");

continue;

}

for (i = 0; i< 1; i++)

{

if (m_pollfds[i].events & EPOLLIN)

{

memset(buf, 0, 1024);

real_read = read(m_pollfds[i].data.fd, buf, 1024);

if (real_read < 0)

{

if (errno != EAGAIN)

{

printf("read eror : %s\n",strerror(errno));

continue;

}

}

else if (!real_read)

{

close(m_pollfds[i].data.fd);

m_pollfds[i].events = 0;

}

else

{

if (i == 0)

{

buf[real_read] = '\0';

printf("%s", buf);

if ((buf[0] == 'q') || (buf[0] == 'Q'))

{

printf("quit\n");

return 1;

}

}

else

{

buf[real_read] = '\0';

printf("%s", buf);

}

}

}

}

}

exit(0);

}

./test

hello

hello

hello epoll

hello epoll

ePoll timeout

quit

quit

quit