回到顶部暗色模式

Unix网络编程补充：epoll

$epoll$ 执行与 $select$ 和 $poll$ 类似的工作：监听多个描述符，当其中存在可用描述符时返回。$epoll$ 支持边缘触发和层级触发两种模式，并且在监听大量描述符的情况下有着很好的性能。
$epoll$ 的核心是 $epoll$ 对象，这是一个内核数据结构，形式上，可以认为是两个集合：

监听集合 ( 有时候被称为 $epoll$ 集合 )：描述符集合，进程注册的新的待监听的描述符会被存放在该集合中；
可用集合：描述符集合，是监听集合的子集，内核通过该集合返回可用的文件描述符。

1. `epoll`操作

#include <sys/epoll.h>

/* 成功时返回0，出错返回-1 */

int epoll_create(int size);

int epoll_create1(int flags);

$epoll_-create$ 创建一个 $epoll$ 对象，返回该对象的描述符。从Linux 2.6.8开始，$size$ 参数不再有作用，会被忽略，但是必须大于 $0$ ，否则会设置 $EINVAL$ 错误。$epoll_-create1$ 与 $epoll_-create$ 类似，$flags$ 参数的值可以是 $EPOLL_-CLOEXEC$ ，当设置该标志时，该对象描述符会在执行 $execve$ 调用后自动关闭。

#inlcude <sys/epoll.h>

// 成功返回0，出错返回-1
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

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

struct epoll_event {
  uint32_t events;
  epoll_data_t data;
};

$epoll_-ctl$ 从 $epoll$ 描述符中添加、修改或删除事件，$fd$ 指定待监听的描述符。其中 $op$ 可以是：

$op$	说明
$EPOLL_-CTL_-ADD$	添加一个事件
$EPOLL_-CTL_-MOD$	修改一个事件
$EPOLL_-CTL_-DEL$	删除一个事件，$events$ 参数会被忽略

$epoll_-event$ 的 $data$ 成员指定该事件关联的对象，会被保存在内核中，并在可用时返回；$events$ 成员是多个标志位的或的值，用于注册进程感兴趣的事件，当其中的条件满足时会唤醒阻塞进程，同时也作为返回值接收事件状态。

$event$	说明
$EPOLLIN$	描述符可读
$EPOLLOUT$	描述符可写
$EPOLLRDHUP$	流套接字对端关闭连接或者进入写半关闭状态
$EPOLLPRI$	`TCP`套接字带外数据
$EPOLLERR$	描述符发生错误，不需要作为入参指定也能触发
$EPOLLHUP$	描述符挂起，一般是描述符未打开或异常关闭导致的，不需要作为入参指定也能触发
$EPOLLET$	边缘触发模式 ( 默认为层级触发模式 )，仅作为入参，不会被返回
$EPOLLONESHOT$	单次通知，完成后该描述符会被移除出监听集合
$EPOLLWAKEUP$	在非 $EPOLLET$ 和 $EPOLLONESHOT$ 的事件上，并且进程拥有 $CAP_-BLOCK_-SUSPEND$ 的能力，可以确保系统不会在等待该事件或者处理该事件时进入休眠状态。仅作为入参，不会被返回

当 $epfd$ 或 $fd$ 不可用时，返回 $EBADF$ 错误。当 $fd$ 已存在时，返回 $EEXIST$ 错误。

#include <sys/epoll.h>

/* 成功时返回可用描述符数，出错时返回-1 */

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);

int epoll_pwait2(int epfd, struct epoll_event *events,
  int maxevents, const struct timespec *timeout, const sigset_t *sigmask);

$epoll_-wait$ 等待 $epoll$ 对象上的任意一个或多个描述符变为可用。$events$ 数组用于返回可用描述符，最多返回 $maxevents$ ( 必须大于 $0$ ) 个描述符。$timeout$ 参数指定超时事件，单位为毫秒，如果为 $-1$ ，意味着没有超时时间。文件描述符的状态会作为 $epoll_-event$ 中的 $events$ 成员返回。$epoll_-pwait$ 和 $epoll_-pwait2$ 与 $epoll_-wait$ 类似，其中 $sigmask$ 参数可以指定在等待描述符期间阻塞的信号，类似于以下操作：

sigset_t origmask;

pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &sigmask, &origmask);
ready = epoll(wait, epfd, &events, maxevents, timeout);
pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &origmask, NULL);

如果 $epfd$ 不可用，返回 $EBADF$ 错误；如果 $epfd$ 不是一个 $epoll$ 描述符或者 $maxevents$ 不大于 $0$ ，返回 $EINVAL$ 错误；如果 $events$ 指向不可用区域，返回 $EFAULT$ 错误；如果阻塞过程中被中断，返回 $EINTR$ 错误。

2. 边缘触发和层级触发

$epoll$ 允许边缘触发 ( $edge-triggered$ ，$ET$ ) 和层级触发 ( $level-triggered$ ，$LT$ ) 两种行为。假设存在以下情形：

一个管道的读描述符 $rfd$ 被注册进 $epoll$ 对象；
另一个进程往这个管道写入 $2KB$ 数据；
$epoll_-wait$ 调用返回，当前进程从管道中读入 $1KB$ 数据；
当前进程再次调用 $epoll_-wait$ 。

对于这种情况，$epoll$ 存在两种行为：

边缘触发：描述符 $rfd$ 被认为不可用，尽管管道里面还存在数据，直到另一个进程再次向管道中写入数据。边缘触发只有在描述符被监听的时候才会改变事件状态；
层级触发：描述符 $rfd$ 可用，$epoll_-wait$ 立即返回。

在上述例子中，假设使用边缘触发并且对端进程在等待先前数据的响应，那么由于 $epoll_-wait$ 的调用，对端可能会无限等待下去。所以对于这种情况，建议使用非阻塞式I/O，或者多次调用 $read$ 或 $write$ 直到返回 $EAGAIN$ 错误。

#define MAX_EVENTS 10

struct epoll_event, ev, events[MAX_EVENTS];
int listenfd, connfd, nfds, epollfd, val;

/* Code to set up listening socket, 'listenfd',
   (socket(), bind(), listen()) omitted. */

epollfd = epoll_create1(0);
if (epollfd = -1) {
  perror("epoll_create1");
  exit(EXIT_FAILURE);
}

ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listenfd;
if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev) == -1) {
  perror("epoll_ctl: listenfd");
  exit(EXIT_FAILURE);
}

for (;;) {
  nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
  if (nfds == -1) {
    perror("epoll_wait");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  for (n = 0; n < nfds; n++) {
    if (events[n].data.fd == listenfd) {
      connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &addr, &addrlen);
      if (connfd == -1) {
        perror("accept");
        eixt(EXIT_FAILURE);
      }
      
      if ((val = fcntl(connfd, F_GETFL, 0)) == -1) {
        perror("fcntl: F_GETFL");
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
      if (fcntl(connfd, F_SETFL, val | O_NONBLOCK) == -1) {
        perror("fcntl: F_SETFL");
        exit(EXIT_FAILURE);
      }

      ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
      ev.data.fd = connfd;
      if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl: connfd");
        exit(EXIT_FAILURE);
      }
    } else {
      do_use_fd(events[n].data.fd);
    }
  }
}

Unix网络编程补充：epoll

回到顶部

Unix网络编程补充：epoll

1. epoll操作

2. 边缘触发和层级触发

1. `epoll`操作