I/O复用 epoll系统调用
epoll内核事件表epoll_wait函数LT和ET模式epoll内核实现代码示例 epoll内核事件表
epoll是Linux特有的I/O复用函数。它在实现和使用上与select、poll 有很大差异。首先，epoll 使用一组函数来完成任务，而不是单个函数。其次，epoll 把用户关心的文件描述符上的事件放在内核里的一个事件表中，从而无须像select和poll那样每次调用都要重复传人文件描述符集或事件集。但epoll需要使用一个额外的文件描述符， 来唯一标识内核中的这个事件表。这个文件描述符使用如下epoll_create 函数来创建：
#include int epoll_create(int size);
size参数现在并不起作用，只是给内核一个提示，告诉它事件表需要多大。该函数返回的文件描述符将用作其他所有epoll系统调用的第一个参数，以指定要访问的内核事件表。
epoll_create()成功返回内核事件表的文件描述符，失败返回-1
下面的函数用来操作epoll的内核事件表：
#include int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll_ctl()成功返回 0，失败返回-1。
epfd 参数指定要操作的内核事件表的文件描述符。
op 参数指定操作类型：
EPOLL_CTL_ADD 往内核事件表中注册 fd 上的事件EPOLL_CTL_MOD 修改 fd 上的注册事件EPOLL_CTL_DEL 删除 fd 上的注册事件
fd 参数指定要操作的文件描述符。
event 参数指定事件，它是 epoll_event 结构指针类型，epoll_event 的定义如下：
struct epoll_event{_uint32_t events; // epoll 事件epoll_data_t data; // 用户数据};
其中，events 成员描述事件类型，epoll 支持的事件类型与 poll 基本相同，表示epoll 事件的宏是在 poll 对应的宏前加上E，比如 epoll 的数据可读事件是EPOLLIN。但是 epoll 有两个额外的事件类型：EPOLLET 和 EPOLLONESHOT。data 成员用于存储用户数据，是一个联合体，其定义如下：
typedef union epoll_data{void *ptr;int fd;uint32_t u32;uint64_t u64;}epoll_data_t;
其中 fd 成员使用的最多，它指定事件所从属的目标文件描述符。
epoll_wait函数
epoll系列系统调用的主要接口是epoll_wait 函数。它在一段超时时间内等待一组文件描述符上的事件，其原型如下：
#include int epoll_wait( int epfd, struct epo11_event* events, int maxevents, int timeout );
该函数成功时返回就绪的文件描述符的个数，失败时返回-1，超时返回 0。
epfd 参数指定要操作的内核事件表的文件描述符。
events 参数是一个用户数组，这个数组仅仅在epoll_wait 返回时保存内核检测到的所有就绪事件，而不像 select 和 poll 的数组参数那样既用于传入用户注册的事件，又用于输出内核检测到的就绪事件。这就极大地提高了应用程序索引就绪文件
描述符的效率。
maxevents 参数指定用户数组的大小，即指定最多监听多少个事件，它必须大于0。
timeout 参数指定超时时间，单位为毫秒，如果 timeout 为 0，则 epoll_wait 会立即
返回，如果 timeout 为-1，则 epoll_wait 会一直阻塞，直到有事件就绪。
LT和ET模式
epoll 对文件描述符有两种操作模式：LT（Level Trigger，电平触发）模式和 ET（Edge
Trigger，边沿触发）模式。LT 模式是默认的工作模式。当往 epoll 内核事件表中注册一个文件描述符上的 EPOLLET 事件时，epoll 将以高效的 ET 模式来操作该文件描述符。
对于 LT 模式操作的文件描述符，当 epoll_wait 检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理该事件。这样，当应用程序下一次调用 epoll_wait 时，还会再次向应用程序通告此事件，直到该事件被处理。
对于 ET 模式操作的文件描述符，当 epoll_wait 检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的 epoll_wait 调用将不再向应用程序通知这一事件。所以 ET 模式在很大程度上降低了同一个 epoll 事件被重复触发的次数，因此效率比 LT 模式高。
即使我们使用ET模式，一个socket上的某个事件还是可能被触发多次。这在并发程序中就会引起一个问题。比如一个线程(或进程)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。这当然不是我们期望的。我们期望的是一个socket连接在任一时刻都只被一个线程处理。这一点可以使用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。
每个使用ET模式的文件描述符都应该是非阻塞的。如果文件描述符是阻塞的，那么读或写操作将会因为没有后续的事件而一直处于阻塞状态(饥渴状态)。
epoll内核实现
执行epoll_create会在内核的高速cache区中建立一颗红黑树以及就绪链表(该链表存储已经就绪的文件描述符)。接着用户执行的epoll_ctl函数添加文件描述符会在红黑树上增加相应的结点。
epoll采用回调机制。在执行epoll_ctl的add操作时，不仅将文件描述符放到红黑树上，而且也注册了回调函数，内核在检测到某文件描述符可读/可写时会调用回调函数，该回调函数将文件描述符放在就绪链表中。
epoll_wait只用观察就绪链表中有无数据即可，最后将链表的数据返回给数组并返回就绪的数量。内核将就绪的文件描述符放在传入的数组中，所以只用遍历依次处理即可。这里返回的文件描述符是通过mmap让内核和用户空间共享同一块内存实现传递的，减少了不必要的拷贝。
代码示例
#define _GNU_SOURCE#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define MAX_FD 128#define DATALEN 1024#define EPOLLSIZE 5#define LT 0#define ET 1// 初始化服务器端的 sockfd 套接字int InitSocket(){int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd == -1) return -1;struct sockaddr_in saddr;memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port = htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));if(res == -1) return -1;res = listen(sockfd, 5);if(res == -1) return -1;return sockfd;}// 设置文件为非阻塞模式void SetNoWait(int fd){int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);int new_option = old_option | O_NONBLOCK;fcntl(fd, F_SETFL, new_option);}//关闭客户端连接void CloseClient(int epfd, int fd){close(fd);printf("A Client disconnectedn");if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL) == -1){printf("epoll_ctl del errorn");}}//获取一个新的客户端连接，如果 flag 为 ET，则以 ET 模式处理此客户端void GetClientlink(int sockfd, int epfd, int flag){struct sockaddr_in caddr;socklen_t len = sizeof(caddr);int c = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&caddr, &len);if (c < 0){printf("Client link errorn");return;}struct epoll_event ev;ev.data.fd = c;if (flag){ev.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP | EPOLLET;SetNoWait(c);}else{ev.events = EPOLLIN | EPOLLRDHUP;}if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, c, &ev) == -1){printf("epoll_ctl add errorn");}}//LT 模式的客户端数据处理方式void LTDealClientData(int epfd, int fd){char buff[DATALEN] = { 0 };int n = recv(fd, buff, DATALEN - 1, 0);if (n <= 0){CloseClient(epfd, fd);return;}printf("%d: %sn", fd, buff);send(fd, "OK", 2, 0);}//ET 模式的客户端数据处理方式void ETDealClientData(int epfd, int fd){while (1){char buff[DATALEN] = { 0 };int n = recv(fd, buff, DATALEN - 1, 0);if (n == -1){if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK){printf("read latern");break;}else{CloseClient(epfd, fd);break;}}else if (n == 0){CloseClient(epfd, fd);break;}else{printf("%d: %sn", fd, buff); send(fd, "OK", 2, 0);}}}// 处理就绪的文件描述符上的数据void DealReadyEvent(struct epoll_event *events,int n,int sockfd,int epfd){int i = 0;for (; i < n; ++i){int fd = events[i].data.fd;if (fd == sockfd){GetClientlink(sockfd, epfd, LT); // 设置为 LT 模式// GetClientlink(sockfd, epfd, ET); // 设置为 ET 模式}else if (events[i].events & EPOLLRDHUP){CloseClient(epfd, fd);}else if (events[i].events & EPOLLIN){LTDealClientData(epfd, fd); // 以 LT 模式处理客户端数据//ETDealClientData(epfd, fd); //以 ET 模式处理客户端数据}else{printf("errorn");}}}int main(){int sockfd = InitSocket();assert(sockfd != -1);int epfd = epoll_create(EPOLLSIZE);assert(epfd != -1);struct epoll_event ev;ev.data.fd = sockfd;ev.events = EPOLLIN;if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev) == -1){printf("epoll_ctl add errorn");exit(0);}while (1){struct epoll_event events[MAX_FD];int n = epoll_wait(epfd, events, MAX_FD, 2000);if (n < 0){printf("epoll_wait errorn");continue;}else if (n == 0){printf("timeoutn");continue;}else{DealReadyEvent(events, n, sockfd, epfd);}}}
LT模式测试结果
ET模式测试结果