linux epoll用法

Posted 2021-01-05 人生天地之间，若白驹之过隙，忽然而已

epoll 是 linux 特有的 I/O 复用函数。它是把用户关心的文件描述符事件放在内核的一个事件列表中，故而，无须像select和poll一样每次调用都重复传入文件描述符或事件集。但是, epoll 需要一个额外的文件描述符，来唯一标识内核中的这个事件表。这个文件描述符由 epoll_create 函数来创建：

       #include <sys/epoll.h>

       int epoll_create(int size);

　　size 参数现在是被忽略的，但是，为了兼容性，需要传入一个大于0的数。

epoll_ctl 函数来操作epoll的内核事件表：

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

　　epfd是epoll_create返回的文件描述符，op指定操作类型，有如下三种：

/* Valid opcodes ( "op" parameter ) to issue to epoll_ctl().  */
#define EPOLL_CTL_ADD 1 /* Add a file descriptor to the interface.  */
#define EPOLL_CTL_DEL 2 /* Remove a file descriptor from the interface.  */
#define EPOLL_CTL_MOD 3 /* Change file descriptor epoll_event structure.  */

　　event 参数指定事件，它是 epoll_event 结构体指针，定义如下：

           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 */
           };

　　events 是成员描述符事件类型。事件类型也定义在 sys/epoll.h 文件中

enum EPOLL_EVENTS
  {
    EPOLLIN = 0x001,
#define EPOLLIN EPOLLIN
    EPOLLPRI = 0x002,
#define EPOLLPRI EPOLLPRI
    EPOLLOUT = 0x004,
#define EPOLLOUT EPOLLOUT
    EPOLLRDNORM = 0x040,
#define EPOLLRDNORM EPOLLRDNORM
    EPOLLRDBAND = 0x080,
#define EPOLLRDBAND EPOLLRDBAND
    EPOLLWRNORM = 0x100,
#define EPOLLWRNORM EPOLLWRNORM
    EPOLLWRBAND = 0x200,
#define EPOLLWRBAND EPOLLWRBAND
    EPOLLMSG = 0x400,
#define EPOLLMSG EPOLLMSG
    EPOLLERR = 0x008,
#define EPOLLERR EPOLLERR
    EPOLLHUP = 0x010,
#define EPOLLHUP EPOLLHUP
    EPOLLRDHUP = 0x2000,
#define EPOLLRDHUP EPOLLRDHUP
    EPOLLEXCLUSIVE = 1u << 28,
#define EPOLLEXCLUSIVE EPOLLEXCLUSIVE
    EPOLLWAKEUP = 1u << 29,
#define EPOLLWAKEUP EPOLLWAKEUP
    EPOLLONESHOT = 1u << 30,
#define EPOLLONESHOT EPOLLONESHOT
    EPOLLET = 1u << 31
#define EPOLLET EPOLLET
  };

　　data 是 epoll_data_t 联合体类型。可以用fd 表示文件描述符，或者用ptr指针指向更多的用户数据。

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，定义：

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

　　成功时，返回就绪文件描述符的个数，失败返回-1,并设置errno

其中，timeout指定超时时间，单位毫秒。-1表示永远等待直到有文件描述符就绪。

maxevents 指定最多监听多少个事件，它必须大于0

epoll_wait 函数如果检测到时间，就将事件从内核事件表中复制到第二个参数events指向的数组中。这个数组只输出epoll_wait检测到的就绪事件。

 

epoll 对文件描述符的操作有两种模式：LT（level trigger 电平触发）和 ET（edge trigger 边沿触发）。LT是默认的工作模式。在这种模式下，文件描述符会一直被检测到直到应用程序处理它。ET模式下，文件描述符就绪，被通知给应用程序，之后，就不再通知该同一事件了。ET模式降低了同一个epoll时间被重复触发的次数，因此效率较高。

 

EPOLLONESHOT事件

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、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。这样就不会用多并发的问题。

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>

#include <map>
#include <string>

using namespace std;

#define CLIENTSIZE 5000
#define BUFSIZE 4000


int createSocket()
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    int listenfd = -1;

    if (-1 == (listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)))
    {
        fprintf(stderr, "socket: %d, %s
", errno, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    int reuseaddr = 1;
    if (-1 == setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuseaddr, sizeof(reuseaddr)))
    {
        fprintf(stderr, "setsockopt: %d, %s
", errno, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = PF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8008);
    inet_pton(PF_INET, "0.0.0.0", &servaddr.sin_addr);

    if (-1 == bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)))
    {
        fprintf(stderr, "bind: %d, %s
", errno, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    if (-1 == listen(listenfd, 5))
    {
        fprintf(stderr, "listen: %d, %s
", errno, strerror(errno));
        exit(1);
    }

    return listenfd;
}

int setnoblock(int fd)
{
    int oldopt = fcntl(fd, F_GETFL);
    int newopt = oldopt | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, newopt);
    return oldopt;
}

void ErrExit(const char* reason)
{
    fprintf(stderr, "%s: %d, %s
", reason, errno, strerror(errno));
    exit(1);
}

void addsig(int sig, void (*handler)(int))
{
    int olderrno = errno;
    struct sigaction ac;

    memset(&ac, 0, sizeof(ac));
    ac.sa_handler = handler;
    ac.sa_flags |= SA_RESTART;
    sigfillset(&ac.sa_mask);
    if (-1 == sigaction(sig, &ac, NULL))
    {
        ErrExit("sigaction");
    }
    errno = olderrno;
}

void addfd(int epfd, int fd)
{
    struct epoll_event ev;

    ev.events = EPOLLIN | EPOLLET | EPOLLERR;
    ev.data.fd = fd;
    if (-1 == epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev))
    {
        ErrExit("epoll_ctl");
    }
    setnoblock(fd);
}

void delfd(int epfd, int fd)
{
    struct epoll_event ev;

    ev.data.fd = fd;
    if (-1 == epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev))
    {
        ErrExit("epoll_ctl");
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int listenfd = createSocket();
    int epfd = -1;
    map<int, string> mapdata;

    if (-1 == (epfd = epoll_create(CLIENTSIZE)))
    {
        ErrExit("epoll_create");
    }

    struct epoll_event evs[CLIENTSIZE];
    addfd(epfd, listenfd);

    while (1)
    {
        int connnum = epoll_wait(epfd, evs, CLIENTSIZE, -1);
        for (int i = 0; i < connnum; ++i)
        {
            if (evs[i].events & EPOLLERR)
            {
                printf("%d exit
", evs[i].data.fd);
                delfd(epfd, evs[i].data.fd);
                close(evs[i].data.fd);
                mapdata.erase(evs[i].data.fd);
            }
            else if (evs[i].data.fd == listenfd && (evs[i].events & EPOLLIN))
            {
                struct sockaddr_in client;
                socklen_t len = sizeof(client);
                int cfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client, &len);
                if (cfd == -1)
                {
                    ErrExit("accept");
                }
                printf("get connection: %d
", cfd);
                addfd(epfd, cfd);
            }
            else if (evs[i].events & EPOLLIN)
            {
                char buf[BUFSIZE] = {0};
                int len = recv(evs[i].data.fd, buf, BUFSIZE-1, 0);
                if (len > 0)
                {
                    mapdata[evs[i].data.fd] = buf;
                    evs[i].events &= (~EPOLLIN);
                    evs[i].events |= EPOLLOUT;
                    if (-1 == epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, evs[i].data.fd, &evs[i]))
                    {
                        ErrExit("epoll_ctl");
                    }
                }
                else if (len == 0)
                {
                    printf("%d exit
", evs[i].data.fd);
                    delfd(epfd, evs[i].data.fd);
                    close(evs[i].data.fd);
                    mapdata.erase(evs[i].data.fd);
                }
                else
                {
                    ErrExit("recv");
                }
            }
            else if (evs[i].events & EPOLLOUT)
            {
                if (send(evs[i].data.fd, mapdata[evs[i].data.fd].c_str(), mapdata[evs[i].data.fd].size(), 0) < 0)
                {
                    if (errno == 104)
                    {
                        continue;
                    }
                    ErrExit("send");
                }
                evs[i].events &= (~EPOLLOUT);
                evs[i].events |= EPOLLIN;
                if (-1 == epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, evs[i].data.fd, &evs[i]))
                {
                    ErrExit("epoll_ctl");
                }
            }
        }
    }

    close(listenfd);
    close(epfd);
    
    return 0;
}