在 linux 的网络编程中，很长的时间都在使用 select 来做事件触发。在 linux 新的内核中，有了一种替换它的机制，就是 epoll 。
相比于 select ， epoll 最大的好处在于它不会随着监听 fd 数目的增长而降低效率。因为在内核中的 select 实现中，它是采用轮询来处理的，轮询的 fd 数目越多，自然耗时越多。并且，在 linux/posix_types.h 头文件有这样的声明：
#define __FD_SETSIZE 1024
表示 select 最多同时监听 1024 个 fd ，当然，可以通过修改头文件再重编译内核来扩大这个数目，但这似乎并不治本。
epoll 的接口非常简单，一共就三个函数：
1. int epoll_create(int size);
创建一个 epoll 的句柄， size 用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于 select() 中的第一个参数，给出最大监听的 fd+1 的值。需要注意的是，当创建好 epoll 句柄后，它就是会占用一个 fd 值，在 linux 下如果查看 /proc/ 进程 id/fd/ ，是能够看到这个 fd 的，所以在使用完 epoll 后，必须调用 close() 关闭，否则可能导致 fd被耗尽。
2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll 的事件注册函数，它不同与 select() 是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。
第一个 参数是 epoll_create() 的返回值，
第二个 参数表示动作，用三个宏来表示：
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 ；
第三个 参数是需要监听的 fd ，
第四个 参数是告诉内核需要监听什么事， struct epoll_event 结构如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */
};
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
3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的产生，类似于 select() 调用。参数 events 用来从内核得到事件的集合， maxevents 告之内核这个events 有多大，这个 maxevents 的值不能大于创建 epoll_create() 时的 size ，参数 timeout 是超时时间（毫秒， 0会立即返回， -1 将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回 0 表示已超时。
从 man 手册中，得到 ET 和 LT 的具体描述如下
EPOLL 事件有两种模型：
Edge Triggered (ET) 边缘触发 只有数据到来，才触发，不管缓存区中是否还有数据。
Level Triggered (LT) 水平触发 只要有数据都会触发。
假如有这样一个例子：
1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄 (RFD) 添加到 epoll 描述符
2. 这个时候从管道的另一端被写入了 2KB 的数据
3. 调用 epoll_wait(2) ，并且它会返回 RFD ，说明它已经准备好读取操作
4. 然后我们读取了 1KB 的数据
5. 调用 epoll_wait(2)......
Edge Triggered 工作模式：
如果我们在第 1 步将 RFD 添加到 epoll 描述符的时候使用了 EPOLLET 标志，那么在第 5 步调用 epoll_wait(2) 之后将有可能会挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第 5 步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中，会有一个事件产生在 RFD句柄上，因为在第 2 步执行了一个写操作，然后，事件将会在第 3 步被销毁。因为第 4 步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第 5 步调用 epoll_wait(2) 完成后，是否挂起是不确定的。 epoll 工作在 ET 模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读 / 阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用 ET 模式的 epoll 接口，在后面会介绍避免可能的缺陷。
i 基于非阻塞文件句柄
ii 只有当 read(2) 或者 write(2) 返回 EAGAIN 时才需要挂起，等待。但这并不是说每次 read() 时都需要循环读，直到读到产生一个 EAGAIN 才认为此次事件处理完成，当 read() 返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。
Level Triggered 工作模式
相反的，以 LT 方式调用 epoll 接口的时候，它就相当于一个速度比较快的 poll(2) ，并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。因为即使使用 ET 模式的 epoll ，在收到多个 chunk 的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定 EPOLLONESHOT 标志，在 epoll_wait(2) 收到事件后 epoll 会与事件关联的文件句柄从epoll 描述符中禁止掉。因此当 EPOLLONESHOT 设定后，使用带有 EPOLL_CTL_MOD 标志的 epoll_ctl(2) 处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。
然后详细解释 ET, LT:
LT(level triggered) 是 缺省 的工作方式 ，并且同时支持 block 和 no-block socket. 在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作。如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的 select/poll 都是这种模型的代表．
ET(edge-triggered) 是高速工作方式 ，只支持 no-block socket 。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过 epoll 告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了 ( 比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个 EWOULDBLOCK 错误）。但是请注意，如果一直不对这个 fd 作 IO 操作 ( 从而导致它再次变成未就绪 ) ，内核不会发送更多的通知 (only once), 不过在 TCP 协议中， ET 模式的加速效用仍需要更多的 benchmark 确认（这句话不理解）。
在许多测试中我们会看到如果没有大量的 idle -connection 或者 dead-connection ， epoll 的效率并不会比select/poll 高很多，但是当我们遇到大量的 idle- connection( 例如 WAN 环境中存在大量的慢速连接 ) ，就会发现epoll 的效率大大高于 select/poll 。（未测试）
另外，当使用 epoll 的 ET 模型来工作时，当产生了一个 EPOLLIN 事件后，
读数据的时候需要考虑的是当 recv() 返回的大小如果等于请求的大小，那么很有可能是缓冲区还有数据未读完，也意味着该次事件还没有处理完，所以还需要再次读取：
while(rs)
{
buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);
if(buflen < 0)
{
// 由于是非阻塞的模式 , 所以当 errno 为 EAGAIN 时 , 表示当前缓冲区已无数据可读
// 在这里就当作是该次事件已处理处 .
if(errno == EAGAIN)
break;
else
return;
}
else if(buflen == 0)
{
// 这里表示对端的 socket 已正常关闭 .
}
if(buflen == sizeof(buf)
rs = 1; // 需要再次读取
else
rs = 0;
}还有，假如发送端流量大于接收端的流量 ( 意思是 epoll 所在的程序读比转发的 socket 要快 ), 由于是非阻塞的socket, 那么 send() 函数虽然返回 , 但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端 , 这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生 EAGAIN 错误 ( 参考 man send), 同时 , 不理会这次请求发送的数据 . 所以 , 需要封装 socket_send() 的函数用来处理这种情况 , 该函数会尽量将数据写完再返回，返回 -1 表示出错。在 socket_send() 内部 , 当写缓冲已满(send() 返回 -1, 且 errno 为 EAGAIN), 那么会等待后再重试 . 这种方式并不很完美 , 在理论上可能会长时间的阻塞在 socket_send() 内部 , 但暂没有更好的办法 .
ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen)
{
ssize_t tmp;
size_t total = buflen;
const char *p = buffer;
while(1)
{
tmp = send(sockfd, p, total, 0);
if(tmp < 0)
{
// 当 send 收到信号时 , 可以继续写 , 但这里返回 -1.
if(errno == EINTR)
return -1;
// 当 socket 是非阻塞时 , 如返回此错误 , 表示写缓冲队列已满 ,
// 在这里做延时后再重试 .
if(errno == EAGAIN)
{
usleep(1000);
continue;
}
return -1;
}
if((size_t)tmp == total)
return buflen;
total -= tmp;
p += tmp;
}
return tmp;
}#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <errno.h>
#define MAXLINE 10
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 5555
#define INFTIM 1000
// 线程池任务队列结构体
struct task
{
int fd; // 需要读写的文件描述符
struct task *next; // 下一个任务
};
// 用于读写两个的两个方面传递参数
struct user_data
{
int fd;
unsigned int n_size;
char line[MAXLINE];
};
// 线程的任务函数
void * readtask(void *args);
void * writetask(void *args);
// 声明 epoll_event 结构体的变量 ,ev 用于注册事件 , 数组用于回传要处理的事件
struct epoll_event ev, events[20];
int epfd;
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond1;
struct task *readhead = NULL, *readtail = NULL, *writehead = NULL;
void setnonblocking(int sock)
{
int opts;
opts = fcntl(sock, F_GETFL);
if (opts < 0)
{
perror("fcntl(sock,GETFL)");
exit(1);
}
opts = opts | O_NONBLOCK;
if (fcntl(sock, F_SETFL, opts) < 0)
{
perror("fcntl(sock,SETFL,opts)");
exit(1);
}
}
int main()
{
int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd, nfds;
pthread_t tid1, tid2;
struct task *new_task = NULL;
struct user_data *rdata = NULL;
socklen_t clilen;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond1, NULL);
// 初始化用于读线程池的线程
pthread_create(&tid1, NULL, readtask, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, readtask, NULL);
// 生成用于处理 accept 的 epoll 专用的文件描述符
epfd = epoll_create(256);
struct sockaddr_in clientaddr;
struct sockaddr_in serveraddr;
listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 把 socket 设置为非阻塞方式
setnonblocking(listenfd);
// 设置与要处理的事件相关的文件描述符
ev.data.fd = listenfd;
// 设置要处理的事件类型
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
// 注册 epoll 事件
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);
bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family = AF_INET;
char *local_addr = "200.200.200.222";
inet_aton(local_addr, &(serveraddr.sin_addr));//htons(SERV_PORT);
serveraddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
bind(listenfd, (sockaddr *) &serveraddr, sizeof(serveraddr));
listen(listenfd, LISTENQ);
maxi = 0;
for (;;)
{
// 等待 epoll 事件的发生
nfds = epoll_wait(epfd, events, 20, 500);
// 处理所发生的所有事件
for (i = 0; i < nfds; ++i)
{
if (events[i].data.fd == listenfd)
{
connfd = accept(listenfd, (sockaddr *) &clientaddr, &clilen);
if (connfd < 0)
{
perror("connfd<0");
exit(1);
}
setnonblocking(connfd);
char *str = inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
std::cout << "connec_ from >>" << str << std::endl;
// 设置用于读操作的文件描述符
ev.data.fd = connfd;
// 设置用于注测的读操作事件
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
// 注册 ev
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &ev);
} else
if (events[i].events & EPOLLIN)
{
printf("reading!/n");
if ((sockfd = events[i].data.fd) < 0) continue;
new_task = new task();
new_task->fd = sockfd;
new_task->next = NULL;
// 添加新的读任务
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (readhead == NULL)
{
readhead = new_task;
readtail = new_task;
} else
{
readtail->next = new_task;
readtail = new_task;
}
// 唤醒所有等待 cond1 条件的线程
pthread_cond_broadcast(&cond1);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
} else
if (events[i].events & EPOLLOUT)
{
rdata = (struct user_data *) events[i].data.ptr;
sockfd = rdata->fd;
write(sockfd, rdata->line, rdata->n_size);
delete rdata;
// 设置用于读操作的文件描述符
ev.data.fd = sockfd;
// 设置用于注测的读操作事件
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
// 修改 sockfd 上要处理的事件为 EPOLIN
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, sockfd, &ev);
}
}
}
}
void * readtask(void *args)
{
int fd = -1;
unsigned int n;
// 用于把读出来的数据传递出去
struct user_data *data = NULL;
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 等待到任务队列不为空
while (readhead == NULL)
pthread_cond_wait(&cond1, &mutex);
fd = readhead->fd;
// 从任务队列取出一个读任务
struct task *tmp = readhead;
readhead = readhead->next;
delete tmp;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
data = new user_data();
data->fd = fd;
if ((n = read(fd, data->line, MAXLINE)) < 0)
{
if (errno == ECONNRESET)
{
close(fd);
} else
std::cout << "readline error" << std::endl;
if (data != NULL) delete data;
} else
if (n == 0)
{
close(fd);
printf("Client close connect!/n");
if (data != NULL) delete data;
} else
{
data->n_size = n;
// 设置需要传递出去的数据
ev.data.ptr = data;
// 设置用于注测的写操作事件
ev.events = EPOLLOUT | EPOLLET;
// 修改 sockfd 上要处理的事件为 EPOLLOUT
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
}
}
}