本文參考社長(zhǎng)的 TinyWebServer 庖丁解牛

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epoll 常用API

epoll_create 函數(shù)

#include 
int epoll_create(int size);

創(chuàng)建一個(gè)指示 epoll 內(nèi)核事件表的文件描述符，該描述符將用作其他 epoll 系統(tǒng)調(diào)用的第一個(gè)參數(shù)，此處的 size 參數(shù)不起作用。

epoll_ctl 函數(shù)

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

該函數(shù)用于操作內(nèi)核事件表監(jiān)控的文件描述符上的事件：注冊(cè)、修改、刪除：

• epfd：為 epoll_create 的句柄；
• op：表示動(dòng)作，用 3 個(gè)宏來(lái)表示：
  • EPOLL_CTL_ADD：注冊(cè)新的 fd 到 epfd；
  • EPOLL_CTL_MOD：修改已經(jīng)注冊(cè)的 fd 的監(jiān)聽(tīng)事件；
  • EPOLL_CTL_DEL：從 epfd 刪除一個(gè) fd；
• event：告訴內(nèi)核需要監(jiān)聽(tīng)的事件。

其中，event 是 epoll_event 結(jié)構(gòu)體指針類(lèi)型，表示內(nèi)核監(jiān)聽(tīng)的事件，具體定義如下：

struct epoll_event {
    __uint32_t events;
    epoll_data_t data;
};

• events 描述事件類(lèi)型，其中 epoll 事件類(lèi)型有以下幾種：
  • EPOLLIN：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可讀（包括對(duì)端SOCKET正常關(guān)閉）
  • EPOLLOUT：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符可寫(xiě)；
  • EPOLLPRI：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符有緊急的數(shù)據(jù)可讀（這里應(yīng)該表示有帶外數(shù)據(jù)到來(lái)）
  • EPOLLERR：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符發(fā)生錯(cuò)誤；
  • EPOLLHUP：表示對(duì)應(yīng)的文件描述符被掛斷；
  • EPOLLLET：將 EPOLL 設(shè)置為邊緣觸發(fā)（ET）模式；
  • EPOLLONESHOT：只監(jiān)聽(tīng)一次事件，當(dāng)監(jiān)聽(tīng)完這次事件之后，如果還需要繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)這個(gè) socket 的話，需要再次把這個(gè) socket 加入到 EPOLL 隊(duì)列中。

epoll_wait 函數(shù)

#include 
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

該函數(shù)用于等待所監(jiān)控的文件描述符上有事件的產(chǎn)生，返回就緒的文件描述符的個(gè)數(shù)。

• events：用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)核得到的事件的集合；
• maxevents：告知內(nèi)核這個(gè) events 有多大，這個(gè)值不能大于創(chuàng)建 epoll_create() 時(shí)的大?。?/li>
• timeout：超時(shí)時(shí)間：
  • -1：阻塞；
  • 0：立即返回，非阻塞；
  • >0：指定毫秒數(shù)；
• 返回值：成功返回有多少文件描述符就緒，時(shí)間到時(shí)返回 0，出錯(cuò)時(shí)返回-1。

select/poll/epoll 的區(qū)別

• 調(diào)用函數(shù)

  • select 和 poll 都是一個(gè)函數(shù)，epoll 是一組函數(shù)；

• 文件描述符數(shù)量

  • select 使用線性表保存文件描述符的集合，文件描述符有上限，一般是 1024，但可以修改源碼，重新編譯內(nèi)核，不推薦；
  • poll 是使用鏈表存儲(chǔ)文件描述符的集合，突破了文件描述符的上限；
  • epoll 使用紅黑樹(shù)存儲(chǔ)文件描述符的集合，突破了文件描述符的上限（通過(guò)命令 ulimit -n number 修改，僅對(duì)當(dāng)前終端有效）；

• 將文件描述符從用戶傳給內(nèi)核：

  • select 和 poll 將所有文件描述符拷貝到內(nèi)核態(tài)，每次調(diào)用都需要拷貝；
  • epoll 通過(guò) epoll_create 建立一棵紅黑樹(shù)，通過(guò) epoll_ctl 將要監(jiān)聽(tīng)的文件描述符注冊(cè)到紅黑樹(shù)上，文件描述符都在內(nèi)核態(tài)；

• 內(nèi)核判斷就緒的文件描述符：

  • select 和 poll 通過(guò)遍歷文件描述符集合，判斷哪個(gè)文件描述符上有事件發(fā)生；
  • epoll_create 時(shí)，內(nèi)核除了會(huì)建立一個(gè)紅黑樹(shù)來(lái)存儲(chǔ)以后 epoll_ctl 傳來(lái)的 fd 外，還會(huì)再建立一個(gè) list 鏈表，用于存儲(chǔ)準(zhǔn)備就緒的事件。當(dāng) epoll_wait 調(diào)用時(shí)，僅僅觀察這個(gè) list 鏈表上有沒(méi)有數(shù)據(jù)即可；
  • epoll 是根據(jù)每個(gè) fd 上面的回調(diào)函數(shù)（中斷函數(shù)）判斷，只有發(fā)生了時(shí)間的 socket 才會(huì)主動(dòng)的去調(diào)用 callback 函數(shù)，其他空閑狀態(tài)的 socket 則不會(huì)。若是就緒事件，則插入 list；

• 應(yīng)用程序索引就緒文件描述符：

  • select/epoll 只返回發(fā)生了事件的文件描述符的個(gè)數(shù)，若想要知道哪些文件描述符發(fā)生了事件，需要再次遍歷；
  • epoll 返回的是發(fā)生了事件的個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)體數(shù)組，結(jié)構(gòu)體包含 socket 的信息，因此直接處理返回的數(shù)組即可；

• 工作模式：

  • select/poll 都只能工作在低效的 LT 模式下；
  • epoll 則可以工作在高效的 ET 模式，并且 epoll 還支持 EPOLLONESHOT 事件，可以進(jìn)一步減少可讀、可寫(xiě)和異常事件被觸發(fā)的次數(shù)；

  其實(shí) ET 和 LT 哪個(gè)高效也是針對(duì)不同的任務(wù)而言。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：

  • 如果所有的 fd 都是活躍連接，epoll 需要建立紅黑樹(shù)和鏈表，效率反而不高，不如 select/epoll；
  • 如果監(jiān)測(cè)的 fd 數(shù)目較小，且各個(gè) fd 都比較活躍，建議使用 select/poll；
  • 如果監(jiān)測(cè)的 fd 數(shù)目非常大，并且單位時(shí)間內(nèi)只有其中一小部分 fd 處于就緒狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候使用 epoll 能夠明顯提升性能。

ET、LT、EPOLLONESHOT

• LT 水平觸發(fā)模式

  • epoll_wait 檢測(cè)到文件描述符有事件發(fā)生，則將其通知給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序可以不立即處理該事件；
  • 當(dāng)下一次調(diào)用 epoll_wait 時(shí)，epoll_wait 還會(huì)再次向應(yīng)用程序報(bào)告此事件，直至被處理。

  Note：

  一個(gè)事件只要有，就會(huì)一直觸發(fā)。

  socket 上只要有未讀完的數(shù)據(jù)，就會(huì)一直產(chǎn)生 EPOLLIN 事件。所以讀完數(shù)據(jù)要移除事件，避免一直觸發(fā)。

• ET 邊緣觸發(fā)模式

  • epoll_wait 檢測(cè)到文件描述符有事件發(fā)生，則將其通知給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序必須立即處理該事件；
  • 必須要一次性將數(shù)據(jù)讀取完，使用非阻塞 I/O，讀取到出現(xiàn) eagain。

  Note：

  只有一個(gè)事件從無(wú)到有，才會(huì)觸發(fā)。

  socket 上每新來(lái)一次數(shù)據(jù)就會(huì)觸發(fā)一次，如果某一次觸發(fā)后，未將 socket 上的數(shù)據(jù)全部讀完，也不會(huì)再次觸發(fā)，除非再來(lái)一次數(shù)據(jù)。所以必須要一次性讀完所有數(shù)據(jù)。如果未讀完，需要再次將事件注冊(cè)，

  ET 模式必須配合非阻塞 I/O 實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?ET 模式會(huì)一次性讀取完所有的數(shù)據(jù)，如果是阻塞 I/O 的話，會(huì)導(dǎo)致線程阻塞，影響重新調(diào)用 epoll_wait 來(lái)監(jiān)聽(tīng)其他事件。