epoll（精髓)

epoll - I/O event notification facility

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：

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。


4、关于ET、LT两种工作模式：
可以得出这样的结论:
ET模式仅当状态发生变化的时候才获得通知,这里所谓的状态的变化并不包括缓冲区中还有未处理的数据,也就是说,如果要采用ET模式,需要一直read/write直到出错为止,很多人反映为什么采用ET模式只接收了一部分数据就再也得不到通知了,大多因为这样;而LT模式是只要有数据没有处理就会一直通知下去的.


那么究竟如何来使用epoll呢？其实非常简单。
通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口，看哪一个可以读，哪一个可以写了。基本的语法为：
nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);
其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写事件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件范围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则范围。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主逻辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。

epoll_wait范围之后应该是一个循环，遍利所有的事件。

几乎所有的epoll程序都使用下面的框架：

for( ; ; )
{
nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);
for(i=0;i<nfds;++i)
{
if(events[i].data.fd==listenfd) //有新的连接
{
connfd = accept(listenfd,(sockaddr *)&clientaddr, &clilen); //accept这个连接
ev.data.fd=connfd;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev); //将新的fd添加到epoll的监听队列中
}
else if( events[i].events&EPOLLIN ) //接收到数据，读socket
{
n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0 //读
ev.data.ptr = md; //md为自定义类型，添加数据
ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);//修改标识符，等待下一个循环时发送数据，异步处理的精髓
}
else if(events[i].events&EPOLLOUT) //有数据待发送，写socket
{
struct myepoll_data* md = (myepoll_data*)events[i].data.ptr; //取数据
sockfd = md->fd;
send( sockfd, md->ptr, strlen((char*)md->ptr), 0 ); //发送数据
ev.data.fd=sockfd;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev); //修改标识符，等待下一个循环时接收数据
}
else
{
//其他的处理
}
}
}



下面给出一个完整的服务器端例子：

#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<errno.h>

usingnamespacestd;

#defineMAXLINE 5
#defineOPEN_MAX 100
#defineLISTENQ 20
#defineSERV_PORT 5000
#defineINFTIM 1000

voidsetnonblocking(intsock)
{
intopts;
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);
}
}

intmain(intargc,char*argv[])
{
inti,maxi,listenfd,connfd,sockfd,epfd,nfds,portnumber;
ssize_t n;
charline[MAXLINE];
socklen_tclilen;


if(2==argc)
{
if((portnumber=atoi(argv[1]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
return1;
}
}
else
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]);
return1;
}



//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

structepoll_event ev,events[20];
//生成用于处理accept的epoll专用的文件描述符

epfd=epoll_create(256);
structsockaddr_inclientaddr;
structsockaddr_inserveraddr;
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;
//ev.events=EPOLLIN;

//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="127.0.0.1";
inet_aton(local_addr,&(serveraddr.sin_addr));//htons(portnumber);

serveraddr.sin_port=htons(portnumber);
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)//如果新监测到一个SOCKET用户连接到了绑定的SOCKET端口，建立新的连接。

{
connfd=accept(listenfd,(sockaddr*)&clientaddr,&clilen);
if(connfd<0){
perror("connfd<0");
exit(1);
}
//setnonblocking(connfd);

char*str=inet_ntoa(clientaddr.sin_addr);
cout<<"accapt a connection from "<<str<<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;
//ev.events=EPOLLIN;

//注册ev

epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev);
}
elseif(events[i].events&EPOLLIN)//如果是已经连接的用户，并且收到数据，那么进行读入。

{
cout<<"EPOLLIN"<<endl;
if((sockfd=events[i].data.fd)<0)
continue;
if((n=read(sockfd,line,MAXLINE))<0){
if(errno==ECONNRESET){
close(sockfd);
events[i].data.fd=-1;
}else
std::cout<<"readline error"<<std::endl;
}elseif(n==0){
close(sockfd);
events[i].data.fd=-1;
}
line[n]='/0';
cout<<"read "<<line<<endl;
//设置用于写操作的文件描述符

ev.data.fd=sockfd;
//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,sockfd,&ev);

}
elseif(events[i].events&EPOLLOUT)// 如果有数据发送

{
sockfd=events[i].data.fd;
write(sockfd,line,n);
//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);
}
}
}
return0;
}

客户端直接连接到这个服务器就好了。。