epoll工作原理_epollout

目录

1.epoll基础简介

1.1 相关函数介绍

2.epoll软件架构

3.LT模式和ET模式

3.1 LT模式：水平触发

3.2 ET模式：边缘触发

4.阻塞和非阻塞

5.epoll为什么高效？

6.epoll示例程序

6.1 服务端程序

6.2 客户端程序

往期文章回顾：

IO复用之select

IO复用之poll

UDP编程基础

TCP编程基础

套接字核心函数

套接字地址

1.epoll基础简介

1.1 相关函数介绍

• epoll_create函数

epoll_create函数用于创建epoll文件描述符，该文件描述符用于后续的epoll操作，参数size目前还没有实际用处，我们只要填一个大于0的数就行。

#include <sys/epoll.h> int epoll_create(int size); 参数： size:目前内核还没有实际使用，只要大于0就行 返回值： 返回epoll文件描述符

图 1

• epoll_ctl函数

epoll_ctl函数用于增加，删除，修改epoll事件，epoll事件会存储于内核epoll结构体红黑树中。

#include <sys/epoll.h> int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event); 参数： epfd：epoll文件描述符 op：操作码 EPOLL_CTL_ADD:插入事件 EPOLL_CTL_DEL:删除事件 EPOLL_CTL_MOD:修改事件 fd：事件绑定的套接字文件描述符 events：事件结构体 返回值： 成功：返回0 失败：返回-1

 图 2

struct epoll_event结构体

epoll_event事件结构体

#include <sys/epoll.h> struct epoll_event{ uint32_t events; //epoll事件，参考事件列表 epoll_data_t data; } ; typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; //套接字文件描述符 uint32_t u32; uint64_t u64; } epoll_data_t;

epoll事件列表：

头文件：<sys/epoll.h> enum EPOLL_EVENTS { EPOLLIN = 0x001, //读事件 EPOLLPRI = 0x002, EPOLLOUT = 0x004, //写事件 EPOLLRDNORM = 0x040, EPOLLRDBAND = 0x080, EPOLLWRNORM = 0x100, EPOLLWRBAND = 0x200, EPOLLMSG = 0x400, EPOLLERR = 0x008, //出错事件 EPOLLHUP = 0x010, //出错事件 EPOLLRDHUP = 0x2000, EPOLLEXCLUSIVE = 1u << 28, EPOLLWAKEUP = 1u << 29, EPOLLONESHOT = 1u << 30, EPOLLET = 1u << 31 //边缘触发 };

• epoll_wait函数

epoll_wait用于监听套接字事件，可以通过设置超时时间timeout来控制监听的行为为阻塞模式还是超时模式。

#include <sys/epoll.h> int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout); 参数： epfd：epoll文件描述符 events：epoll事件数组 maxevents：epoll事件数组长度 timeout：超时时间 小于0：一直等待 等于0：立即返回 大于0：等待超时时间返回，单位毫秒 返回值： 小于0：出错 等于0：超时 大于0：返回就绪事件个数

图 3

2.epoll软件架构

图 4

3.LT模式和ET模式

3.1 LT模式：水平触发

• socket读触发：socket接收缓冲区有数据，会一直触发epoll_wait EPOLLIN事件，直到数据被用户读取完。
• socket写触发：socket可写，会一直触发epoll_wait EPOLLOUT事件。

3.2 ET模式：边缘触发

• socket读触发：socket数据从无到有，会触发epoll_wait EPOLLIN事件，只会触发一次EPOLLIN事件，用户检测到事件后，需一次性把socket接收缓冲区数据全部读取完，读取完的标志为recv返回-1，errno为EAGAIN。
• socket写触发：socket可写，会触发一次epoll_wait EPOLLOUT事件。

边缘触发读取数据示例代码：

memset(recv_buf, 0, BUF_SIZE); unsigned int len = 0; while(1) { ret = recv(fd, recv_buf + len, BUF_SIZE, 0); if (ret == 0) { printf("remove fd:%d\n", fd); epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL); close(fd); break; } else if ((ret == -1) && ((errno == EINT macro EINTR AGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK))) { printf("fd:%d recv errno:%d done\n", break; #define EINTR 4 } else if ((ret == -1) && !((errno == EINTR) || (errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK))) { printf("remove fd:%d errno:%d\n", fd, errno); epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL); close(fd); break; }else { len += ret; } printf("recv fd:%d, len:%d, %s\n", fd, ret, recv_buf); }

4.阻塞和非阻塞

讨论epoll阻塞和非阻塞得从两方面讨论：epoll阻塞和epoll监听套接字阻塞。

• epoll阻塞：epoll自身是阻塞的，我们可以通过epoll_wait超时参数设置epoll阻塞行为。

• epoll监听套接字阻塞：epoll监听套接字阻塞是指插入epoll监听事件的套接字设置为阻塞模式。

epoll监听套接字设置成阻塞还是非阻塞？

这个问题可以肯定的回答是非阻塞，因为epoll是为高并发设计的，任何的其他阻塞行为，都会影响epoll高效运行。

5.epoll为什么高效？

• 红黑树红黑树提高epoll事件增删查改效率。
• 回调通知机制

当epoll监听套接字有数据读或者写时，会通过注册到socket的回调函数通知epoll，epoll检测到事件后，将事件存储在就绪队列（rdllist）。

• 就绪队列

epoll_wait返回成功后，会将所有就绪事件存储在事件数组，用户不需要进行无效的轮询，从而提高了效率。

6.epoll示例程序

6.1 服务端程序

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <stdbool.h> #include <sys/epoll.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #define LISTEN_BACKLOG (5) #define BUF_SIZE (2048) #define ONCE_READ_SIZE (1500) #define EPOLL_SIZE (100); #define MAX_EVENTS (10) void usage(void) { printf("*********************************\n"); printf("./server 本端ip 本端端口\n"); printf("*********************************\n"); } void setnonblocking(int fd) { int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0); fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK); } int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in local; struct sockaddr_in peer; socklen_t addrlen = sizeof(peer); int sock_fd = 0, new_fd = 0; int ret = 0; char send_buf[BUF_SIZE] = {0}; char recv_buf[BUF_SIZE] = {0}; if (argc != 3) { usage(); return -1; } char *ip = argv[1]; unsigned short port = atoi(argv[2]); printf("ip:port->%s:%u\n", argv[1], port); sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sock_fd == -1) { perror("socket error"); return -1; } memset(&local, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); local.sin_family = AF_INET; local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); local.sin_port = htons(port); ret = bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(struct sockaddr)); if (ret == -1) { close(sock_fd); perror("bind error"); return -1; } ret = listen(sock_fd, LISTEN_BACKLOG); if (ret == -1) { close(sock_fd); perror("listen error"); return -1; } int epoll_size = EPOLL_SIZE; int efd = epoll_create(epoll_size); if (efd == -1) { perror("epoll create error"); return -1; } struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS]; ev.data.fd = sock_fd; ev.events = EPOLLIN; if (epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, sock_fd, &ev) == -1) { perror("epoll ctl ADD error"); return -1; } int timeout = 1000; while (1) { int nfds = epoll_wait(efd, events, MAX_EVENTS, timeout); if (nfds == -1) { perror("epoll wait error"); return -1; } else if (nfds == 0) { printf("epoll wait timeout\n"); continue; } else { } for (int i = 0; i < nfds; i++) { int fd = events[i].data.fd; printf("events[%d] events:%08x\n", i, events[i].events); if (fd == sock_fd) { new_fd = accept(sock_fd, (struct sockaddr *)&peer, &addrlen); if (new_fd == -1) { perror("accept error"); continue; } setnonblocking(new_fd); ev.data.fd = new_fd; ev.events = EPOLLIN|EPOLLET; if (epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &ev) == -1) { perror("epoll ctl ADD new fd error"); close(new_fd); continue; } } else { if (events[i].events & EPOLLIN) { printf("fd:%d is readable\n", fd); memset(recv_buf, 0, BUF_SIZE); unsigned int len = 0; while(1) { ret = recv(fd, recv_buf + len, ONCE_READ_SIZE, 0); if (ret == 0) { printf("remove fd:%d\n", fd); epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL); close(fd); break; } else if ((ret == -1) && ((errno == EINTR) || (errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK))) { printf("fd:%d recv errno:%d done\n", fd, errno); break; } else if ((ret == -1) && !((errno == EINTR) || (errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK))) { printf("remove fd:%d errno:%d\n", fd, errno); epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL); close(fd); break; }else { printf("once read ret:%d\n", ret); len += ret; } } printf("recv fd:%d, len:%d, %s\n", fd, len, recv_buf); } if (events[i].events & EPOLLOUT) { printf("fd:%d is sendable\n", fd); } else if ((events[i].events & EPOLLERR) || ((events[i].events & EPOLLHUP))) { printf("fd:%d error\n", fd); } } } } return 0; }

6.2 客户端程序

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #define LISTEN_BACKLOG (5) #define BUF_SIZE (1500) #define REQUEST_STR "tcp pack" void usage(void) { printf("*********************************\n"); printf("./client 对端ip 对端端口\n"); printf("*********************************\n"); } int main(int argc, char *argv[]) { struct sockaddr_in client; struct sockaddr_in server; int sock_fd = 0; int ret = 0; socklen_t addrlen = 0; char send_buf[BUF_SIZE] = {0}; char recv_buf[BUF_SIZE] = {0}; if (argc != 3) { usage(); return -1; } char *ip = argv[1]; unsigned short port = atoi(argv[2]); printf("ip:port->%s:%u\n", argv[1], port); sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sock_fd == -1) { perror("socket error"); return -1; } memset(&server, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); server.sin_family = AF_INET; server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); server.sin_port = htons(port); ret = connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(struct sockaddr)); if (ret == -1) { close(sock_fd); perror("connect error"); return -1; } char seq = 0x31; while(1) { memset(send_buf, seq, BUF_SIZE); send(sock_fd, send_buf, BUF_SIZE, 0); printf("send %s\n", send_buf); sleep(2); seq++; } close(sock_fd); return 0; }

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