- 非阻塞IO-多路复用-epoll
- epoll 源码分析
- 未完
非阻塞IO-多路复用-epoll
epoll
epoll 相对于 select 与 poll 有较⼤的不同，主要是针对前⾯两种多路复⽤ IO 接⼝的不⾜
- 与 select/poll ⽅案对⽐
-
- select ⽅案使⽤数组存储⽂件描述符，最⼤⽀持 1024
-
- select 每次调⽤都需要将描述符集合拷⻉到内核中, ⾮常消耗资源
-
- poll ⽅案解决⽂件描述符存储数量限制问题，但其他问题没有得到解决
-
- select / poll 底层使⽤轮询的⽅式检测⽂件描述符是否就绪，⽂件描述符越多，则效率越低
-
- epoll 底层使⽤红⿊树，没有⽂件描述符数量的限制, 并且可以动态增加与删除节点，不⽤重复拷⻉
-
- epoll 底层使⽤ callback 机制, 没有采⽤遍历所有描述符的⽅式，效率较⾼
epoll
epoll创建需要调用epoll_create()函数
创建一个epool实例,分配相关的数据结构空间
函数头文件:
#include <sys/epoll.h>
函数原型:
int epoll_create(int size);
参数:
- size: 填写大于0的整数,从Linux 2.6.8开始,size参数已经被废弃,可以不填
返回值:
- 成功: 返回一个大于0的整数,表示epoll实例的句柄
- 失败: 返回-1,并设置errno
创建epoll实例
//todo 创建一个epoll实例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <poll.h>
#include <sys/epoll.h>
int main() {
// 创建一个epoll实例,获取文件描述符
int epoll_fd = epoll_create(1);
if (epoll_fd == -1) {
perror("epoll_create error");
exit(1);
}
printf("epoll_fd = %d\n", epoll_fd);
return 0;
}
epoll_ctl 控制函数
epoll 控制函数主要⽤于⽂件描述符集合的管理，包括增加、修改、删除等操作, 具体需要调⽤epoll_ctl 函数
函数头文件:
#include <sys/epoll.h>
函数原型:
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
参数:
epfd: epoll实例的句柄
op: 操作类型,
EPOLL_CTL_ADD(增加),在epoll实例中添加新的文件描述符,相当于添加到红黑树,并将事件链接到fd
EPOLL_CTL_MOD(修改), 更改与目标文件描述符fd相关联的事件
EPOLL_CTL_DEL(删除),从epoll实例中删除目标文件描述符fd,事件参数被忽略
在系统中定义如下:
#define EPOLL_CTL_ADD 1
#define EPOLL_CTL_DEL 2
#define EPOLL_CTL_MOD 3
fd: 要操作的文件描述符
event: 指向epoll_event结构体的指针, 用于描述事件类型和事件掩码
struct epoll_event 结构体定义如下:
typedef union epoll_data {
void *ptr; // 指向用户空间的数据
int fd;// 文件描述符
uint32_t u32; // 32位无符号整数
uint64_t u64;// 64位无符号整数
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
uint32_t events; // 事件类型掩码
epoll_data_t data; // 事件数据
};
epoll 事件，事件具体定义如下:
EPOLLIN ： 读事件有效
EPOLLOUT : 写事件有效
EPOLLET： 将 EPOLL 设为边缘触发 (Edge Triggered) 模式
epoll_wait 等待事件函数
epoll 等待文件描述符关联的事件发⽣ (关联的⽂件描述符就绪), 这⾥调⽤ epoll_wait 函数
函数头文件:
#include <sys/epoll.h>
函数原型:
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
参数:
epfd: epoll实例的句柄
events: 指向epoll_event结构体数组的指针, 用于接收就绪事件
maxevents: 最大就绪事件数, 即events数组的大小
timeout: 超时时间, 单位为毫秒, -1表示阻塞, 0表示不阻塞, >0表示超时时间
返回值:
- 成功: 返回就绪事件数, 即events数组中填充的事件数
- 超时: 返回0
- 失败: 返回-1, 并设置errno
实例
//todo 创建一个epoll实例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <poll.h>
#include <sys/epoll.h>
int main() {
// 创建一个epoll实例,获取文件描述符
int epoll_fd = epoll_create(1);
if (epoll_fd == -1) {
perror("epoll_create error");
exit(1);
}
printf("epoll_fd = %d\n", epoll_fd);
//定义事件结构体
struct epoll_event event;//关联文件描述符和事件类型
//设置事件类型为可读
event.events = EPOLLIN;
//设置文件描述符为0
event.data.fd = 0;
//注册事件
// 注册事件,监控文件描述符0
int ret = epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
if (ret == -1) {
perror("epoll_ctl error");
exit(1);
}
printf("epoll_ctl success\n");
// 等待事件到来
struct epoll_event events[10];
while (1){
int nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, 10, 1000);
if (nfds == -1) {
perror("epoll_wait error");
exit(1);
}if (nfds == 0) {
printf("超时\n");
continue;
}if (nfds > 0) {
printf("有事件发生\n");
char buffer[1024]={
0};
//遍历文件描述符集合
for (int i = 0; i < nfds; i++) {
//判断事件类型是否为可读
if(events[i].data.fd==0){
fgets(buffer,1024,stdin);
printf("收到消息:%s",buffer);
}
}
}
}
return 0;
}
epoll 源码分析
上述框架中核⼼的数据结构 struct eventpoll , 具体定义如下:
struct eventpoll {
spinlock_t lock;//自旋锁，用于保护对 struct eventpoll 结构的访问。
wait_queue_head_t wq;//等待队列头，用于 epoll 本身的等待队列。
wait_queue_head_t poll_wait;//等待队列头，用于 poll 回调的等待队列。
struct list_head rdllist;//就绪文件描述符的链表头
struct rb_root_cached rbr;//红黑树根节点，用于存储被监视的文件描述符结构。
struct user_struct *user;//创建 eventpoll 描述符的用户结构
struct list_head f_ep_links;//链表头，用于将此结构链接到 struct file 的 f_ep_links 链表。
struct list_head f_tfile_llink;//链表头，用于将此结构链接到 struct file 的 f_tfile_llink 链表。
int visited;// 用于优化循环检测检查
struct list_head visited_list_link;//链表头，用于链接到已访问的链表。
#ifdef CONFIG_NET_RX_BUSY_POLL
unsigned int napi_id; //用于跟踪 busy poll 的 napi_id（仅在配置了 CONFIG_NET_RX_BUSY_POLL 时存在）。
#endif
};
红⿊树的节点对应的数据结构为 struct epitem , 具体定义如下:
```c
struct epitem {
struct rb_node rbn; / 红黑树节点 /
struct list_head rdllink; / 就绪列表链表节点 /
struct epitem next; / 用于 epoll 实例的哈希表 /
struct epoll_filefd ffd; / 文件描述符和文件指针 /
int nwait; / 等待队列的数量 /
struct list_head pwqlist; / 等待队列链表 /
struct eventpoll ep; / 指向所属的 epoll 实例 /
struct list_head fllink; / 文件链表节点 /
struct epoll_event event; / 用户感兴趣的事件 /
};
```
