epoll的使用实例
在网络编程中通常需要处理很多个连接，可以用select和poll来处理多个连接。但是select都受进程能打开的最大文件描述符个数的限制。并且select和poll效率会随着监听fd的数目增多而下降。
解决方法就是用epoll
1.epoll 是Linux内核为处理大批量文件描述符而做了改进的poll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本。 2.epoll、select、poll的区别： 1）相比于select和poll，epoll最大的好处在于不会随着监听fd数目的增加而降低效率 2）内核中的select与poll的实现是采用轮询来处理的，轮询数目越多耗时就越多 3）epoll的实现是基于回调的，如果fd有期望的事件发生就会通过回调函数将其加入epoll就绪队列中。也就是说它只关心“活跃”的fd，与fd数目无关。 4）内核空间用户空间数据拷贝问题，如何让内核把fd消息通知给用户空间？select和poll采取了内存拷贝的方法，而epoll采用的是共享内存的方式。速度快 5）epoll不仅会告诉应用程序有I/o事件的到来，还会告诉应用程序相关的信息，这写信息是应用程序填充的，因此根据这写信息应用程序就能直接定位到事件，而不必遍历整个fd集合。 6）poll和select受进程能打开的最大文件描述符的限制。select还受FD_SETSIZE的限制。但是epoll的限制的最大可以打开文件的数目（cat /proc/sys/fs/file-max进行查看）。
3.epoll的工作模式 有下面两种工作模式，默认是水平触发。 EPOLLLT：水平触发（Level Triggered），事件没有处理完也会触发。完全靠kernel epoll驱动，应用程序只需要处理从epoll_wait返回的fds。这些fds我们认为他们处于就绪状态。 LT模式支持阻塞fd和非阻塞fd。
EPOLLET：边沿触发（Edge Triggered）。只有空闲->就绪才会触发。应用程序需要维护一个就绪队列。 此模式下，系统仅仅通知应用程序哪些fds变成了就绪状态，一旦fd变成了就绪状态，epoll将不再关注这个fd的任何状态信息（从epoll队列移除）。 直到应用程序通过读写操作触发EAGAIN状态，epoll认为这个fd又变成空闲状态，那么epoll又重新关注这个fd的状态变化（重新加入epoll队列中）。 随着epoll_wait的返回，队列中的fds是减少的，所以在大并发的系统中，EPOLLET更有优势。但是对程序员的要求也更高。 ET模式只支持non-block socket，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写把处理多个文件描述符的任务饿死。
4.如何使用
主要是下面几个函数和结构体。
#include <sys/epoll.h> int epoll_create(int size); int epoll_create1(int flags); int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout); The struct epoll_event is defined as : 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 */ };
1）int epoll_create(int size); 创建一个epoll的句柄， size：告诉内核这个句柄可以监听的数目一共多大。 注意这里返回一个句柄，也是一个文件描述符，后面还是要关闭的。
2）int epoll_create1(int flags); 上面那个的加强版，flags可以是EPOLL_CLOEXEC，表示具有执行后关闭的特性
EPOLL_CLOEXEC Set the close-on-exec (FD_CLOEXEC) flag on the new file descrip‐ tor. See the description of the O_CLOEXEC flag in open(2) for reasons why this may be useful
3） int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 注册函数，用来对创建的epollfd进行操作的。 epfd：create出来的fd op：执行的动作，由3个宏来表示 EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中； EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件； EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd； fd：要监听的fd event：表示需要监听的事件 结构见上面。 events可以是以下几个宏的集合： EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）； EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写； EPOLLPRI：表示对应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：表示对应的文件描述符发生错误； EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断； 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socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里 4） int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout); 用来等待事件的产生 epfd：create出来的epollfd events：从内核得到事件的集合。一般的一个数组 maxevents：用来告诉内核events有多大，不能大于epoll_create()时的size。 timeout是超时时间：单位的毫秒，为0表示立即返回，-1表示阻塞。 返回：0表示超时，>0表示需要处理的事件数目。<0表示出错
5.实例： server端是一个回射服务器：
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/select.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<poll.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include<sys/epoll.h>
#include<vector>
#include<algorithm>
// #include"comm.h"
void setfdisblock(int fd, bool isblock)
{
int flags = fcntl(fd, F_GETFL);
if(flags < 0)
return;
if(isblock) // 阻塞
{
flags &= ~O_NONBLOCK;
}
else // 非阻塞
{
flags |= O_NONBLOCK;
}
if(fcntl(fd, F_SETFL, flags)<0)
perror("fcntl set");
}
typedef std::vector<struct epoll_event> EventList;
#define CLIENTCOUNT 2048
#define MAX_EVENTS 2048
int main(int argc, char **argv)
{
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(listenfd < 0)
{
perror("socket");
return -1;
}
unsigned short sport = 8080;
if(argc == 2)
{
sport = atoi(argv[1]);
}
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
printf("port = %d\n", sport);
addr.sin_port = htons(sport);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
{
perror("bind");
return -2;
}
if(listen(listenfd, 20) < 0)
{
perror("listen");
return -3;
}
struct sockaddr_in connaddr;
socklen_t len = sizeof(connaddr);
int i = 0, ret = 0;
std::vector<int> clients; // 客户端存储的迭代器
int epollfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
//int epollfd = epoll_create(MAX_EVENTS);// 设置连接数
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN|EPOLLET;
event.data.fd = listenfd;
if(epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &event) < 0)
{
perror("epoll_ctl");
return -2;
}
EventList events(16);
int count = 0;
int nready = 0;
char buf[1024] = {0};
int conn = 0;
while(1)
{
nready = epoll_wait(epollfd, &*events.begin(), static_cast<int>(events.size()), -1);
if(nready == -1)
{
perror("epoll_wait");
return -3;
}
if(nready == 0) // 肯定不会走到这里，因为上面没设置超时时间
{
continue;
}
if((size_t)nready == events.size()) // 对clients进行扩容
events.resize(events.size() * 2);
for(i = 0; i < nready; i++)
{
if(events[i].data.fd == listenfd)
{
conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&connaddr, &len);
if(conn < 0)
{
perror("accept");
return -4;
}
char strip[64] = {0};
char *ip = inet_ntoa(connaddr.sin_addr);
strcpy(strip, ip);
printf("client connect, conn:%d,ip:%s, port:%d, count:%d\n", conn, strip,ntohs(connaddr.sin_port), ++count);
clients.push_back(conn);
// 设为非阻塞
setfdisblock(conn, false);
// add fd in events
event.data.fd = conn;// 这样在epoll_wait返回时就可以直接用了
event.events = EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn, &event);
}
else if(events[i].events & EPOLLIN)
{
conn = events[i].data.fd;
if(conn < 0)
continue;
ret = read(conn, buf, sizeof(buf));
if(ret == -1)
{
perror("read");
return -5;
}
else if(ret == 0)
{
printf("client close remove:%d, count:%d\n", conn, --count);
close(conn);
event = events[i];
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL, conn, &event);
clients.erase(std::remove(clients.begin(), clients.end(), conn), clients.end());
}
write(conn, buf, sizeof(buf));
memset(buf, 0, sizeof(buf));
}
}
}
close(listenfd);
return 0;
}client：连接服务器，通过终端发送数据给server，并接收server发来的数据。
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/select.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
void select_test(int conn)
{
int ret = 0;
fd_set rset;
FD_ZERO(&rset);
int nready;
int maxfd = conn;
int fd_stdin = fileno(stdin);
if(fd_stdin > maxfd)
{
maxfd = fd_stdin;
}
int len = 0;
char readbuf[1024] = {0};
char writebuf[1024] = {0};
while(1)
{
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(fd_stdin, &rset);
FD_SET(conn, &rset);
nready = select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, NULL);
if(nready == -1)
{
perror("select");
exit(0);
}
else if(nready == 0)
{
continue;
}
if(FD_ISSET(conn, &rset))
{
ret = read(conn, readbuf, sizeof(readbuf));
if(ret == 0)
{
printf("server close1\n");
break;
}
else if(-1 == ret)
{
perror("read1");
break;
}
fputs(readbuf, stdout);
memset(readbuf, 0, sizeof(readbuf));
}
if(FD_ISSET(fd_stdin, &rset))
{
read(fd_stdin, writebuf, sizeof(writebuf));
len = strlen(writebuf);
ret = write(conn, writebuf, len);
if(ret == 0)
{
printf("server close3\n");
break;
}
else if(-1 == ret)
{
perror("write");
break;
}
memset(writebuf, 0, sizeof(writebuf));
}
}
}
int sockfd = 0;
int main(int argc, char **argv)
{
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
return -1;
}
unsigned short sport = 8080;
if(argc == 2)
{
sport = atoi(argv[1]);
}
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
printf("port = %d\n", sport);
addr.sin_port = htons(sport);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0)
{
perror("connect");
return -2;
}
struct sockaddr_in addr2;
socklen_t len = sizeof(addr2);
if(getpeername(sockfd, (struct sockaddr*)&addr2, &len) < 0)
{
perror("getsockname");
return -3;
}
printf("Server: port:%d, ip:%s\n", ntohs(addr2.sin_port), inet_ntoa(addr2.sin_addr));
select_test(sockfd);
close(sockfd);
return 0;
}还可以进行暴力连接测试。可以参考： http://www.cnblogs.com/xcywt/p/8120166.html 这个例子的客户端就是暴力连接测试的。 测试结果可以和select实现的server进行比较，发现在虚拟机上epollserver好像没有快多少（我也暂时没找到原因）。 但是在服务器上，还是有很快的，效率提升了很多。
腾讯云开发者
