epoll 还是一种 I/O 多路复用技术, epoll 通过监控注册的多个描述字,来进行 I/O 事件的分发处理。不同于 poll 的是,epoll 不仅提供了默认的 level-triggered(条件触发)机制,还提供了性能更为强劲的 edge-triggered(边缘触发)机制。
使用 epoll 进行网络程序的编写,需要三个步骤,分别是 epoll_create,epoll_ctl 和 epoll_wait。
1、epoll_create
int epoll_create(int size); int epoll_create1(int flags); 返回值: 若成功返回一个大于0的值,表示epoll实例;若返回-1表示出错
epoll_create() 方法创建了一个 epoll 实例,从 Linux 2.6.8 开始,参数 size 被自动忽略,但是该值仍需要一个大于 0 的整数。这个 epoll 实例被用来调用 epoll_ctl 和 epoll_wait,如果这个 epoll 实例不再需要,比如服务器正常关机,需要调用 close() 方法释放 epoll 实例,这样系统内核可以回收 epoll 实例所分配使用的内核资源。
关于这个参数 size,在一开始的 epoll_create 实现中,是用来告知内核期望监控的文件描述字大小,然后内核使用这部分的信息来初始化内核数据结构,在新的实现中,这个参数不再被需要,因为内核可以动态分配需要的内核数据结构。我们只需要注意,每次将 size 设置成一个大于 0 的整数就可以了。
epoll_create1() 的用法和 epoll_create() 基本一致,如果 epoll_create1() 的输入 flags 为 0,则和 epoll_create() 一样,内核自动忽略。
2、epoll_ctl
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 返回值: 若成功返回0;若返回-1表示出错
在创建完 epoll 实例之后,可以通过调用 epoll_ctl 往这个 epoll 实例增加或删除监控的事件。函数 epll_ctl 有 4 个入口参数。
第一个参数 epfd 是刚刚调用 epoll_create 创建的 epoll 实例描述字,可以简单理解成是 epoll 句柄。
第二个参数表示增加还是删除一个监控事件,它有三个选项可供选择:
- EPOLL_CTL_ADD: 向 epoll 实例注册文件描述符对应的事件;
- EPOLL_CTL_DEL:向 epoll 实例删除文件描述符对应的事件;
- EPOLL_CTL_MOD: 修改文件描述符对应的事件。
第三个参数是注册的事件的文件描述符,比如一个监听套接字。
第四个参数表示的是注册的事件类型,并且可以在这个结构体里设置用户需要的数据,其中最为常见的是使用联合结构里的 fd 字段,表示事件所对应的文件描述符。
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 */ };
重点看一下这几种事件类型:
- EPOLLIN:表示对应的文件描述字可以读;
- EPOLLOUT:表示对应的文件描述字可以写;
- EPOLLRDHUP:表示套接字的一端已经关闭,或者半关闭;
- EPOLLHUP:表示对应的文件描述字被挂起;
- EPOLLET:设置为 edge-triggered,默认为 level-triggered。
3、epoll_wait
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 返回值: 成功返回的是一个大于0的数,表示事件的个数;返回0表示的是超时时间到;若出错返回-1.
epoll_wait() 函数类似之前的 poll 和 select 函数,调用者进程被挂起,在等待内核 I/O 事件的分发。
这个函数的第一个参数是 epoll 实例描述字,也就是 epoll 句柄。
第二个参数返回给用户空间需要处理的 I/O 事件,这是一个数组,数组的大小由 epoll_wait 的返回值决定,这个数组的每个元素都是一个需要待处理的 I/O 事件,其中 events 表示具体的事件类型,
事件类型取值和 epoll_ctl 可设置的值一样,这个 epoll_event 结构体里的 data 值就是在 epoll_ctl 那里设置的 data,也就是用户空间和内核空间调用时需要的数据。
第三个参数是一个大于 0 的整数,表示 epoll_wait 可以返回的最大事件值。
第四个参数是 epoll_wait 阻塞调用的超时值,如果这个值设置为 -1,表示不超时;如果设置为 0 则立即返回,即使没有任何 I/O 事件发生。
Linux 中 epoll 的出现,为高性能网络编程补齐了最后一块拼图。epoll 通过改进的接口设计,避免了用户态 - 内核态频繁的数据拷贝,大大提高了系统性能。在使用 epoll 的时候,我们一定要理解条件触发和边缘触发两种模式。条件触发的意思是只要满足事件的条件,比如有数据需要读,就一直不断地把这个事件传递给用户;而边缘触发的意思是只有第一次满足条件的时候才触发,之后就不会再传递同样的事件了。