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Socket网络编程--epoll小结
以前使用的用于I/O多路复用为了方便就使用select函数，但select这个函数是有缺陷的。因为它所支持的并发连接数是有限的(一般小于1024)，因为用户处理的数组是使用硬编码的。这个最大值为FD_SETSIZE，这是在<sys/select.h>中的一个常量，它说明了最大的描述符数。但是对于大多数应用程序而言，这个数是够用的，而且有可能还是太大的，多数应用程序只使用3~10个描述符。而如今的网络服务器小小的都有几万的连接，虽然可以使用多线程多进程(也就有N*1024个)。但是这样处理起来既不方面，性能又低。
同时期有I/O多路复用的还有一个poll函数，这个函数类似于select，但是其应用程序接口有所不用。原型如下
#include <poll.h>
int poll(struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout);//返回值: 准备就绪的描述符数，若超时则返回0，出错返回-1
如果只是考虑性能的话，poll()也是不合适的，尽管它可以支持较高的TCP并发连接数，但是由于其采用“轮询”机制(遍历数组而已)，但并发数较高时，其运行效率相当低(如果有10k个连接，单用于轮询的时间就需要1~10ms了)，同时还可能存在I/O事件分配不均，导致部分TCP连接上的I/O出现“饥饿”现象。基于种种原因在Linux 2.5.44版本后poll被epoll取代。
支持一个进程打开最大数目的 socket 描述符(FD)。select 最不能忍受的是一个进程所打开的FD 是有一定限制的,由 FD_SETSIZE 设置,默认值是 2048。对于那些需要支持的上万连接数目的 IM 服务器来说显然太少了。这时候你一是可以选择修改这个宏然后重新编译内核,不过资料也同时指出这样会带来网络效率的下降,二是可以选择多进程的解决方案(传统的 Apache 方案Process Per Connection,TPC方案 Thread Per Connection),不过虽然 linux 上面创建进程的代价比较小,但仍旧是不可忽视的,加上进程间数据同步远比不上线程间同步的高效,所以也不是一种完美的方案。不过 epoll 则没有这个限制,它所支持的 FD 上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大于 2048,举个例子,在 1GB 内存的机器上大约是 10 万左右,具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看,一般来说这个数目和系统内存关系很大。
由于epoll这个函数是后增加上的，造成现在很少有资料提及到，我看了APUE，UNPv1等书都没有找到相关的函数原型。所以我只能从网络上抄一些函数原型过来了。
epoll用到的所有函数都是在头文件sys/epoll.h中声明，有什么地方不明白或函数忘记了可以去看一下或者man epoll。epoll和select相比，最大不同在于:
epoll返回时已经明确的知道哪个sokcet fd发生了事件，不用再一个个比对(轮询)。这样就提高了效率。select的FD_SETSIZE是有限制的，而epoll是没有限制的只与系统资源有关。
epoll_create函数
1 /* Creates an epoll instance. Returns an fd for the new instance.2 The "size" parameter is a hint specifying the number of file3 descriptors to be associated with the new instance. The fd4 returned by epoll_create() should be closed with close(). */5 extern int epoll_create (int __size) __THROW;
该函数生成一个epoll专用的文件描述符。它其实是在内核申请空间，用来存放你想关注的socket fd上是否发生以及发生了什么事件。size就是你在这个epoll fd上能关注的最大socket fd数。这个数没有select的1024约束。
epoll_ctl函数
1 /* Manipulate an epoll instance "epfd". Returns 0 in case of success, 2 -1 in case of error ( the "errno" variable will contain the 3 specific error code ) The "op" parameter is one of the EPOLL_CTL_* 4 constants defined above. The "fd" parameter is the target of the 5 operation. The "event" parameter describes which events the caller 6 is interested in and any associated user data. */ 7 extern int epoll_ctl (int __epfd, int __op, int __fd, 8 struct epoll_event *__event) __THROW; 9 /* Valid opcodes ( "op" parameter ) to issue to epoll_ctl(). */10 #define EPOLL_CTL_ADD 1 /* Add a file descriptor to the interface. */11 #define EPOLL_CTL_DEL 2 /* Remove a file descriptor from the interface. */12 #define EPOLL_CTL_MOD 3 /* Change file descriptor epoll_event structure. */
该函数用于控制某个epoll文件描述符上的事件，可以注册事件，修改事件，删除事件。
参数： epfd:由 epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
op:要进行的操作例如注册事件，可能的取值EPOLL_CTL_ADD 注册、EPOLL_CTL_MOD 修 改、EPOLL_CTL_DEL 删除
fd:关联的文件描述符；
event:指向epoll_event的指针；
返回值:如果调用成功返回0,不成功返回-1
用到的数据结构
1 typedef union epoll_data 2 { 3 void *ptr; 4 int fd; 5 uint32_t u32; 6 uint64_t u64; 7 } epoll_data_t; 8 9 struct epoll_event10 {11 uint32_t events; /* Epoll events */12 epoll_data_t data; /* User data variable */13 };
设置实例
1 struct epoll_event ev; 2 //设置与要处理的事件相关的文件描述符 3 ev.data.fd=listenfd; 4 //设置要处理的事件类型 5 ev.events=EPOLLIN|EPOLLET; 6 //注册epoll事件 7 epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,listenfd,&ev); 8 //常用的事件类型: 9 EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读；10 EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；11 EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读12 EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；13 EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；14 EPOLLET：表示对应的文件描述符有事件发生；15 //具体可以看<sys/epoll.h>
epoll_wait函数
1 /* Wait for events on an epoll instance "epfd". Returns the number of 2 triggered events returned in "events" buffer. Or -1 in case of 3 error with the "errno" variable set to the specific error code. The 4 "events" parameter is a buffer that will contain triggered 5 events. The "maxevents" is the maximum number of events to be 6 returned ( usually size of "events" ). The "timeout" parameter 7 specifies the maximum wait time in milliseconds (-1 == infinite). 8 This function is a cancellation point and therefore not marked with 9 __THROW. */10 extern int epoll_wait (int __epfd, struct epoll_event *__events,11 int __maxevents, int __timeout);12 13 14 /* Same as epoll_wait, but the thread‘s signal mask is temporarily15 and atomically replaced with the one provided as parameter.16 This function is a cancellation point and therefore not marked with17 __THROW. */18 extern int epoll_pwait (int __epfd, struct epoll_event *__events,19 int __maxevents, int __timeout,20 __const __sigset_t *__ss);
该函数用于轮询I/O事件的发生；
参数： epfd:由epoll_create 生成的epoll专用的文件描述符；
epoll_event:用于回传代处理事件的数组；
maxevents:每次能处理的事件数；
timeout:等待I/O事件发生的超时值(单位应该是ms)；-1相当于阻塞，0相当于非阻塞。一般用-1即可
返回值:返回发生事件数。如出错则返回-1。
下面给一个man手册里面的例子
1 #define MAX_EVENTS 10 2 struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; 3 int listen_sock, conn_sock, nfds, epollfd; 4 5 /* Set up listening socket, ‘listen_sock‘ (socket(), 6 bind(), listen()) */ 7 8 epollfd = epoll_create(10); 9 if (epollfd == -1) {10 perror("epoll_create");11 exit(EXIT_FAILURE);12 }13 14 ev.events = EPOLLIN;15 ev.data.fd = listen_sock;16 if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ev) == -1) {17 perror("epoll_ctl: listen_sock");18 exit(EXIT_FAILURE);19 }20 21 for (;;) {22 nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);23 if (nfds == -1) {24 perror("epoll_pwait");25 exit(EXIT_FAILURE);26 }27 28 for (n = 0; n < nfds; ++n) {29 if (events[n].data.fd == listen_sock) {30 conn_sock = accept(listen_sock,31 (struct sockaddr *) &local, &addrlen);32 if (conn_sock == -1) {33 perror("accept");34 exit(EXIT_FAILURE);35 }36 setnonblocking(conn_sock);37 ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;38 ev.data.fd = conn_sock;39 if (epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_sock,40 &ev) == -1) {41 perror("epoll_ctl: conn_sock");42 exit(EXIT_FAILURE);43 }44 } else {45 do_use_fd(events[n].data.fd);46 }47 }48 }
下面这个是引用mmz_xiaokong
epoll函数
常用模型的缺点
如果不摆出来其他模型的缺点，怎么能对比出 Epoll 的优点呢。
PPC/TPC 模型
这两种模型思想类似，就是让每一个到来的连接一边自己做事去，别再来烦我 。只是 PPC 是为它开了一个进程，而 TPC 开了一个线程。可是别烦我是有代价的，它要时间和空间啊，连接多了之后，那么多的进程 / 线程切换，这开销就上来了；因此这类模型能接受的最大连接数都不会高，一般在几百个左右。
select 模型
1. 最大并发数限制，因为一个进程所打开的 FD （文件描述符）是有限制的，由 FD_SETSIZE 设置，默认值是 1024/2048 ，因此 Select 模型的最大并发数就被相应限制了。自己改改这个 FD_SETSIZE ？想法虽好，可是先看看下面吧 …
2. 效率问题， select 每次调用都会线性扫描全部的 FD 集合，这样效率就会呈现线性下降，把 FD_SETSIZE 改大的后果就是，大家都慢慢来，什么？都超时了？？！！
3. 内核 / 用户空间 内存拷贝问题，如何让内核把 FD 消息通知给用户空间呢？在这个问题上 select 采取了内存拷贝方法。
poll 模型
基本上效率和 select 是相同的， select 缺点的 2 和 3 它都没有改掉。
Epoll 的提升
把其他模型逐个批判了一下，再来看看 Epoll 的改进之处吧，其实把 select 的缺点反过来那就是 Epoll 的优点了。
1. Epoll 没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大 ，具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。
2. 效率提升， Epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中， Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。
3. 内存拷贝， Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”，这个内存拷贝也省略了。
Epoll 为什么高效
Epoll 的高效和其数据结构的设计是密不可分的(以空间换时间)，这个下面就会提到。
首先回忆一下 select 模型，当有 I/O 事件到来时， select 通知应用程序有事件到了快去处理，而应用程序必须轮询所有的 FD 集合，测试每个 FD 是否有事件发生，并处理事件；代码像下面这样：1 int res = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, 120); 2 if (res > 0) 3 { 4 for (int i = 0; i < MAX_CONNECTION; i++) 5 { 6 if (FD_ISSET(allConnection[i], &readfds)) 7 { 8 handleEvent(allConnection[i]); 9 }10 }11 }12 // if(res == 0) handle timeout, res < 0 handle errorEpoll 不仅会告诉应用程序有I/0 事件到来，还会告诉应用程序相关的信息，这些信息是应用程序填充的，因此根据这些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。
1 int res = epoll_wait(epfd, events, 20, 120);2 for (int i = 0; i < res;i++)3 {4 handleEvent(events[n]);5 }
下面用一个实例来说明
client.cpp
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <string.h> 4 #include <netinet/in.h> 5 #include <sys/types.h> 6 #include <sys/socket.h> 7 #include <netdb.h> 8 #include <unistd.h> 9 10 #define MAX_DATA_SIZE 409611 #define SERVER_PORT 1213812 13 14 int main(int argc,char *argv[])15 {16 int sockfd;17 struct hostent * host;18 struct sockaddr_in servAddr;19 int pid;20 char sendBuf[MAX_DATA_SIZE],recvBuf[MAX_DATA_SIZE];21 int sendSize,recvSize;22 23 host=gethostbyname(argv[1]);24 if(host==NULL)25 {26 perror("get host error");27 exit(-1);28 }29 30 sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);31 if(sockfd==-1)32 {33 perror("创建socket失败");34 exit(-1);35 }36 37 servAddr.sin_family=AF_INET;38 servAddr.sin_port=htons(SERVER_PORT);39 servAddr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);40 bzero(&(servAddr.sin_zero),8);41 42 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&servAddr,sizeof(struct sockaddr_in))==-1)43 {44 perror("connect 失败");45 exit(-1);46 }47 48 if((pid=fork())<0)49 {50 perror("fork error");51 }52 else if(pid>0)53 {54 while(1)55 {56 fgets(sendBuf,MAX_DATA_SIZE,stdin);57 sendSize=send(sockfd,sendBuf,MAX_DATA_SIZE,0);58 if(sendSize<0)59 perror("send error");60 memset(sendBuf,0,sizeof(sendBuf));61 }62 }63 else64 {65 while(1)66 {67 recvSize=recv(sockfd,recvBuf,MAX_DATA_SIZE,0);68 if(recvSize<0)69 perror("recv error");70 printf("接收到的信息:%s",recvBuf);71 memset(recvBuf,0,sizeof(recvBuf));72 }73 }74 return 0;75 }
server.cpp
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <sys/socket.h> 4 #include <sys/epoll.h> 5 #include <string.h> 6 #include <netinet/in.h> 7 #include <string.h> 8 #include <netdb.h> 9 #include <arpa/inet.h> 10 #include <unistd.h> 11 12 #define SERVER_PORT 12138 13 #define CON_QUEUE 20 14 #define MAX_DATA_SIZE 4096 15 #define MAX_EVENTS 500 16 17 void AcceptConn(int sockfd,int epollfd); 18 void Handle(int clientfd); 19 20 int main(int argc,char *argv[]) 21 { 22 struct sockaddr_in serverSockaddr; 23 int sockfd; 24 25 //创建socket 26 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) 27 { 28 perror("创建socket失败"); 29 exit(-1); 30 } 31 serverSockaddr.sin_family=AF_INET; 32 serverSockaddr.sin_port=htons(SERVER_PORT); 33 serverSockaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); 34 bzero(&(serverSockaddr.sin_zero),8); 35 36 int on=0; 37 setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)); 38 39 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serverSockaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1) 40 { 41 perror("绑定失败"); 42 exit(-1); 43 } 44 45 if(listen(sockfd,CON_QUEUE)==-1) 46 { 47 perror("监听失败"); 48 exit(-1); 49 } 50 51 //epoll初始化 52 int epollfd;//epoll描述符 53 struct epoll_event eventList[MAX_EVENTS]; 54 epollfd=epoll_create(MAX_EVENTS); 55 struct epoll_event event; 56 event.events=EPOLLIN|EPOLLET; 57 event.data.fd=sockfd;//把server socket fd封装进events里面 58 59 //epoll_ctl设置属性,注册事件 60 if(epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,sockfd,&event)<0) 61 { 62 printf("epoll 加入失败 fd:%d\n",sockfd); 63 exit(-1); 64 } 65 66 while(1) 67 { 68 int timeout=300;//设置超时;在select中使用的是timeval结构体 69 //epoll_wait epoll处理 70 //ret会返回在规定的时间内获取到IO数据的个数，并把获取到的event保存在eventList中，注意在每次执行该函数时eventList都会清空，由epoll_wait函数填写。 71 //而不清除已经EPOLL_CTL_ADD到epollfd描述符的其他加入的文件描述符。这一点与select不同，select每次都要进行FD_SET，具体可看我的select讲解。 72 //epoll里面的文件描述符要手动通过EPOLL_CTL_DEL进行删除。 73 int ret=epoll_wait(epollfd,eventList,MAX_EVENTS,timeout); 74 75 if(ret<0) 76 { 77 perror("epoll error\n"); 78 break; 79 } 80 else if(ret==0) 81 { 82 //超时 83 continue; 84 } 85 86 //直接获取了事件数量，给出了活动的流，这里就是跟selec，poll区别的关键 //select要用遍历整个数组才知道是那个文件描述符有事件。而epoll直接就把有事件的文件描述符按顺序保存在eventList中 87 for(int i=0;i<ret;i++) 88 { 89 //错误输出 90 if((eventList[i].events & EPOLLERR) || (eventList[i].events & EPOLLHUP) || !(eventList[i].events & EPOLLIN)) 91 { 92 printf("epoll error\n"); 93 close(eventList[i].data.fd); 94 exit(-1); 95 } 96 97 if(eventList[i].data.fd==sockfd) 98 { 99 //这个是判断sockfd的，主要是用于接收客户端的连接accept100 AcceptConn(sockfd,epollfd);101 }102 else103 {104 //其他所有与客户端连接的clientfd文件描述符105 //获取数据等操作106 //如需不接收客户端发来的数据，但是不关闭连接。107 //epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_DEL,eventList[i].data.fd,eventList[i]);108 //Handle对各个客户端发送的数据进行处理109 Handle(eventList[i].data.fd);110 }111 }112 }113 114 close(epollfd);115 close(sockfd);116 return 0;117 }118 119 void AcceptConn(int sockfd,int epollfd)120 {121 struct sockaddr_in sin;122 socklen_t len=sizeof(struct sockaddr_in);123 bzero(&sin,len);124 125 int confd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)&sin,&len);126 127 if(confd<0)128 {129 perror("connect error\n");130 exit(-1);131 }132 133 //把客户端新建立的连接添加到EPOLL的监听中134 struct epoll_event event;135 event.data.fd=confd;136 event.events=EPOLLIN|EPOLLET;137 epoll_ctl(epollfd,EPOLL_CTL_ADD,confd,&event);138 return ;139 }140 141 void Handle(int clientfd)142 {143 int recvLen=0;144 char recvBuf[MAX_DATA_SIZE];145 memset(recvBuf,0,sizeof(recvBuf));146 recvLen=recv(clientfd,(char *)recvBuf,MAX_DATA_SIZE,0);147 if(recvLen==0)148 return ;149 else if(recvLen<0)150 {151 perror("recv Error");152 exit(-1);153 }154 //各种处理155 printf("接收到的数据:%s \n",recvBuf);156 return ;157 }
epoll参考资料
http://blog.csdn.net/mmz_xiaokong/article/details/8704988
http://blog.csdn.net/mmz_xiaokong/article/details/8704455
http://www.cppblog.com/converse/archive/2008/10/13/63928.html
http://blog.csdn.net/haoahua/article/details/2037704
https://banu.com/blog/2/how-to-use-epoll-a-complete-example-in-c/
epoll为什么这么快: http://www.cppblog.com/converse/archive/2008/10/12/63836.html
本文地址: http://www.cnblogs.com/wunaozai/p/3895860.html