一.epoll概述
epoll是linux下的一个系统调用，用来监听大量文件描述符并对其上的触发事件进行处理。它是select/poll的增强版本，也是linux下多路复用io最常用的接口。要理解epoll是什么，首先得清楚什么是多路复用io。用户进行io操作需要经过内核，而如果所请求的io目前不满足条件(如需要从标准输入读取数据，而用户还未输入)，这个时候内核就会让应用程序陷入等待，即阻塞状态。个人理解，io复用技术就是通过特定接口，将这种阻塞进行了转移，转嫁到了如select/poll/epoll之类多系统调用上，并且支持多个文件描述符多监测，即多路复用。这样epoll便可以替应用程序同时监听多个文件描述符，一旦有触发发生，内核就会通知应用程序进行处理。
二.epoll接口
epoll的函数接口既可以通过查看epoll.h文件来查看，也可以用man命令查看。这里引用epoll.h中的描述.(epoll.h在/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys目录下可找到)。
epoll接口主要包括一个结构三个函数
struct epoll_event
{
uint32_t events; /* Epoll事件 */
epoll_data_t data; /* 用户变量 */
} __EPOLL_PACKED;
/* 创建一个epoll对象，返回其描述符.
"size" 参数用来指定和对象相关的描述符个数.
返回的文件描述符应该通过close()关闭 */
int epoll_create (int __size) __THROW;
/* 操作epoll对象"epfd". 成功返回0，失败返回-1. "op" 参数为声明多宏
"fd"参数即操作多目标.
"event"参数为调用者感兴趣的描述符（通过用户变量data关联） */
int epoll_ctl (int __epfd, int __op, int __fd,
struct epoll_event *__event) __THROW;
/* 监听epoll对象"epfd". 返回触发的文件描述符到"events". 或者出错返回-1.
"events"是用来存触发描述符的缓冲."maxevents"是返回的对大数."timeout"
表示等待多毫秒数(-1 == 无限).
*/
int epoll_wait (int __epfd, struct epoll_event *__events,
int __maxevents, int __timeout);
三.epoll模型实例
以下代码用于实现一个简单的服务器程序，接受客户端数据，并在服务端标准输出
#include<fcntl.h>
#include<iostream>
#include<sys/epoll.h>
#include<netinet/in.h>
#include<strings.h>
#include<set>
#include<stdlib.h>
#define LISTENQ 1024
#define MAX_EVENT 20
#define BUF_SIZE 1024
using namespace std;
class Server
{
public:
Server(unsigned int port = 5660);
~Server();
void set_non_blocking(int);
void run();
private:
unsigned int server_port;
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENT];
int listen_fd;
int epoll_fd;
std::set<int> connections;
};
Server::Server(unsigned int port):server_port(port)
{
listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//initiate the socket address structure
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port = htons(server_port);
//bind the local protocol type to a socket address
bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
//initiate the epoll
epoll_fd = epoll_create(MAX_EVENT);
set_non_blocking(listen_fd);
ev.data.fd = listen_fd;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev);
//start listening
listen(listen_fd, LISTENQ);
}
Server::~Server()
{
}
void Server::set_non_blocking(int fd)
{
int flag;
flag = fcntl(fd, F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(fd, F_SETFL, flag);
}
void Server::run()
{
char buffer[BUF_SIZE + 1];
int trigger_num;
socklen_t addr_len;
struct sockaddr_in client_addr;
while(1)
{
trigger_num = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENT, 500);
for(int i = 0; i < trigger_num; i++)
{
//accept new connection
if(events[i].data.fd == listen_fd)
{
addr_len = sizeof(sockaddr);
int connect_fd = accept(listen_fd,(sockaddr *)&client_addr, &addr_len);
set_non_blocking(connect_fd);
connections.insert(connect_fd);
ev.data.fd = connect_fd;
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, connect_fd, &ev);
cout<<"a new connection!"<<endl;
}
//read from a existed connection
else
{
size_t read_num = recv(events[i].data.fd, buffer, BUF_SIZE, 0);
if(read_num < 0)
{
perror("read");
return;
}
if(0 == read_num)
{
auto iterator = connections.find(events[i].data.fd);
if(iterator != connections.end())
connections.erase(iterator);
cout<<"a connections lost!"<<endl;
}
else
cout<< buffer;
}
}
}
}
int main()
{
Server my_server;
my_server.run();
return 0;
}
四.分析
优点
1.可支持打开大量描述符
在网络应用程序中往往需要对大量文件描述符进行操作，epoll根据机器内存，支持数万到数十万多文件描述符
2.io效率不随描述符数量增加而线性下降
因为epoll只关心“活跃”的描述符，不需要对所有描述符进行线性扫描
缺点
如实例所示，epoll将对描述符的检测和处理放在同一个循环之中，当处理过程复杂之后，就会使得整个循环变得臃肿，效率会有所下降
附client.cpp用于测试连接
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<arpa/inet.h>
#define SERV_PORT 5660
#define BUF_SIZE 1024
int main(int argc, char ** argv)
{
char buffer[BUF_SIZE + 1];
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
int res;
if(argc != 2)
{
perror("IP address");
exit(EXIT_FAILURE);
}
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
while(1)
{
memset(buffer, ' ', BUF_SIZE);
fgets(buffer, BUF_SIZE, stdin);
if(strcmp(buffer, "end
") == 0)
break;
if(strlen(buffer) != 0)
{
res = write(sockfd, buffer, BUF_SIZE);
if(res == -1)
{
perror("Write");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
}
exit(EXIT_SUCCESS);
}