epoll 使用詳解

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epoll - I/O event notification facility

在linux的網路編程中，很長的時間都在使用select來做事件觸發。在linux新的核心中，有了一種替換它的機制，就是epoll。
相比於select，epoll最大的好處在於它不會隨著監聽fd數目的增長而降低效率。因為在核心中的select實現中，它是採用輪詢來處理的，輪詢的fd數目越多，自然耗時越多。並且，在linux/posix_types.h標頭檔有這樣的聲明：
#define __FD_SETSIZE    1024
表示select最多同時監聽1024個fd，當然，可以通過修改標頭檔再重編譯核心來擴大這個數目，但這似乎並不治本。

epoll的介面非常簡單，一共就三個函數：
1. int epoll_create(int size);
建立一個epoll的控制代碼，size用來告訴核心這個監聽的數目一共有多大。這個參數不同於select()中的第一個參數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當建立好epoll控制代碼後，它就是會佔用一個fd值，在linux下如果查看/proc/進程id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll後，必須調用close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。


2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epoll的事件註冊函數，它不同與select()是在監聽事件時告訴核心要監聽什麼類型的事件，而是在這裡先註冊要監聽的事件類型。第一個參數是epoll_create()的傳回值，第二個參數表示動作，用三個宏來表示：
EPOLL_CTL_ADD：註冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已經註冊的fd的監聽事件；
EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd；
第三個參數是需要監聽的fd，第四個參數是告訴核心需要監聽什麼事，struct epoll_event結構如下：

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可以是以下幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示對應的檔案描述符可以讀（包括對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示對應的檔案描述符可以寫；
EPOLLPRI：表示對應的檔案描述符有緊急的資料可讀（這裡應該表示有帶外資料到來）；
EPOLLERR：表示對應的檔案描述符發生錯誤；
EPOLLHUP：表示對應的檔案描述符被掛斷；
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式，這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：只監聽一次事件，當監聽完這次事件之後，如果還需要繼續監聽這個socket的話，需要再次把這個socket加入到EPOLL隊列裡


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
等待事件的產生，類似於select()調用。參數events用來從核心得到事件的集合，maxevents告之核心這個events有多大，這個 maxevents的值不能大於建立epoll_create()時的size，參數timeout是逾時時間（毫秒，0會立即返回，-1將不確定，也有說法說是永久阻塞）。該函數返回需要處理的事件數目，如返回0表示已逾時。


4、關於ET、LT兩種工作模式：
可以得出這樣的結論:
ET模式僅當狀態發生變化的時候才獲得通知,這裡所謂的狀態的變化並不包括緩衝區中還有未處理的資料,也就是說,如果要採用ET模式,需要一直read/write直到出錯為止,很多人反映為什麼採用ET模式只接收了一部分資料就再也得不到通知了,大多因為這樣;而LT模式是只要有資料沒有處理就會一直通知下去的.


那麼究竟如何來使用epoll呢？其實非常簡單。
通過在包含一個標頭檔#include <sys/epoll.h> 以及幾個簡單的API將可以大大的提高你的網路伺服器的支援人數。

首先通過create_epoll(int maxfds)來建立一個epoll的控制代碼，其中maxfds為你epoll所支援的最大控制代碼數。這個函數會返回一個新的epoll控制代碼，之後的所有操作將通過這個控制代碼來進行操作。在用完之後，記得用close()來關閉這個建立出來的epoll控制代碼。

之後在你的網路主迴圈裡面，每一幀的調用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)來查詢所有的網路介面，看哪一個可以讀，哪一個可以寫了。基本的文法為：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd為用epoll_create建立之後的控制代碼，events是一個epoll_event*的指標，當epoll_wait這個函數操作成功之後，epoll_events裡面將儲存所有的讀寫事件。max_events是當前需要監聽的所有socket控制代碼數。最後一個timeout是 epoll_wait的逾時，為0的時候表示馬上返回，為-1的時候表示一直等下去，直到有事件範圍，為任意正整數的時候表示等這麼長的時間，如果一直沒有事件，則範圍。一般如果網路主迴圈是單獨的線程的話，可以用-1來等，這樣可以保證一些效率，如果是和主邏輯在同一個線程的話，則可以用0來保證主迴圈的效率。

epoll_wait範圍之後應該是一個迴圈，遍利所有的事件。

幾乎所有的epoll程式都使用下面的架構：

    for( ; ; )
    {
        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
        for(i=0;i<nfds;++i)
        {
            if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的串連
            {
                connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept這個串連
                ev.data.fd=connfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //將新的fd添加到epoll的監聽隊列中
            }
            else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到資料，讀socket
            {
                n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0    //讀
                ev.data.ptr = md;     //md為自訂類型，添加資料
                ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改標識符，等待下一個迴圈時發送資料，非同步處理的精髓
            }
            else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有資料待發送，寫socket
            {
                struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr;    //取資料
                sockfd = md->fd;
                send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 );        //發送資料
                ev.data.fd=sockfd;
                ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改標識符，等待下一個迴圈時接收資料
            }
            else
            {
                //其他的處理
            }
        }
    }