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epoll是Linux特有的I/O復用函數，它在實現和使用上與select和poll有很大差異。epoll使用一組函數來完成任務，而不是單個函數。epoll把用戶關心的文件描述符上的事件放在內核的一個事件表中，無需像select和poll那樣每次調用都要重復傳入文件描述符集或事件集，但epoll需要一個額外的文件描述符，來唯一標示內核中的這個事件表，這個文件描述符使用epoll_create函數來創建。
epoll是一種高效的管理socket的模型，相對于select和poll來說具有更高的效率和易用性。epoll的性能不會隨socket數量的增加而下降。
下面我們來說說epoll的使用：
epoll所使用的數據結構如下：
結構體epoll_event被用于注冊感興趣的事件和回傳所發生待處理的事件，epoll_data聯合體用來保存觸發事件的某個文件描述符相關的數據。例如一個client連接到服務器，服務器通過調用accept函數可以得到這個client對應的socket文件描述符，可以把這個文件描述符賦給epoll_data的fd字段，以便以后的讀寫操作在這個文件描述符上進行。epoll_data_t是一個聯合體，其中4個成員最多用的就是fd，它指定事件所從屬的目標文件描述符，ptr成員可用來指定與fd相關的用戶數據。但由于epoll_data_t是一個聯合體，我們不能同時使用其ptr成員和fd成員，因此我們要將文件描述符和用戶數據關聯起來，以實現快熟的數據訪問，只能使用其他手段，我們在下面的程序中自定義了個結構體，里面有我們所關心的fd和保存用戶數據的buf。
events字段是表示感興趣的事件，被觸發的事件的可能取值為：
EPOLLIN：表示對應的文件描述符可以讀；
EPOLLOUT:表示對應的文件描述符可以寫；
EPOLLPRI:表示對應的文件描述符有緊急的數據可讀；
EPOLLERR:表示對應的文件描述符發生錯誤；
EPOLLHUP:表示對應的文件描述符被掛斷；
EPOLLET:表示將EPOLL設置為邊緣觸發模式；
EPOLLONESHOT:只監聽一次事件，當監聽完這次事件之后，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隊列里。
所用到的函數有如下三個：
1.epoll_create函數：
原型：int epoll_create(int size)
該函數生成一個epoll專用的文件描述符，size參數指定生成描述符的最大范圍。size參數現在并不起作用，使用紅黑樹來管理所有的文件描述符，該函數返回的文件描述符將用作其他所有的epoll系統調用的第一個參數，
2.epoll_ctl函數：
原型：int epoll_ctl(int epfd,int op,int fd,struct epoll_event *event)
該函數用于控制某個文件描述符上的事件，可以注冊事件，修改事件，刪除事件。
參數：epfd：由epoll_create生成的epoll專用的文件描述符
op：要進行的操作，可能的取值有：
EPOLL_CTL_ADD 注冊
EPOLL_CTL_MOD 修改
EPOLL_CTL_DEL 刪除
fd：關聯的文件描述符
event：指向epoll_event的指針
調用成功返回0，失敗返回-1；
3.epoll_wait函數：
原型：int epoll_wait(int epfd,struct epoll_event *events,int maxevents,int timeout)
該函數用于輪詢I/O事件的發生，調用成功時返回就緒的文件描述符的個數，失敗時返回-1，并設置errno。該函數如果檢測到事件，就將所有就緒的事件從內核表中（由epfd參數指定）復制到它的第二個參數events指向的數組中，這個數組只用于輸出epoll_wait檢測到的就緒事件。
參數：
epfd：由epoll_create生成的epoll專用的文件描述符
events：用于回傳待處理的數組
maxevent：每次能處理的事件數
timeout：與poll接口的timeout參數相同，是超時時間，0會立即返回，-1是永久阻塞。
如果該函數調用成功，返回對應I/O上已準備好的文件描述符數目，如果返回0表示已超時。
接下來我們來說說epoll的工作原理：
epoll同樣只告訴那些已就緒的文件描述符，而且當我們調用epoll_wait獲得就緒文件描述符時，返回的不是實際的描述符，而是一個代表就緒描述符數量的值，我們只需去epoll指定的數組中依次取得相應數量的文件描述符即可，這里使用內存映射技術，節省了系統調用時的開銷。兩一個本質的改進在與epoll采用基于事件的就緒通知方式，在select/poll中，進程只有在調用一定的方法后，內核才對所有監視的文件描述符進行掃描，而epoll事先通過epoll_ctl來注冊一個文件描述符，一旦某個文件描述符就緒時，內核會采用回調機制，循序激活這個文件描述符，當進程調用epoll_wait時便得到通知。
LT模式和ET模式：
epoll對于文件描述符的操作有兩種模式，LT(水平觸發）和ET（邊緣觸發）。LT模式是默認的工作模式，這種模式下epoll相當于一個效率較高的poll。當往epoll內核事件表中注冊一個文件描述符上的EPOLLET事件時，epoll將以ET模式來操作該文件描述符。ET模式是epoll的高效工作模式。
對于采用LT工作模式的文件描述符，當epoll_wait檢測到其上有事件發生并將此事件通知應用程序后，應用程序可以不立即處理該事件。這樣，當應用程序下一次調用epoll_wait時，epoll_wait還會再次向應用程序告知該事件，直到該事件被處理。而采用ET模式的文件描述符，當epoll_wait檢測到其上有事件發生并將此事件通知應用程序后，應用程序必須立即處理該事件，因為后續的epoll_wait調用將不再向應用程序通知這一事件，。這樣，ET模式在很大程度上降低了同一個epoll事件被重復觸發的次數，因此效率比LT模式要高。
我們在下面的編程中還用到了一個fcntl函數，該函數原型如下：
int fcntl（int fd，int cmd，...）
該函數可以執行各種描述符控制操作，它提供的與網絡編程相關的特性如下：
1.非阻塞式I/O。通過使用F_SETFL命令設置O_NONBLOCK文件狀態標志，我們可以把一個套接字設置為非阻塞。
2.信號驅動式I/O。通過使用F_SETFL命令設置O_ASYNC文件狀態標志，我們可以把一個套接字設置成一旦其狀態發生變化，內核就產生一個SIGIO信號。
3.F_SETOWN命令允許我們指定用于接收SIGIO和SIGURG信號的套接字屬主。其中SIGIO信號時套接字被設置為信號驅動式I/O型后產生的，SIGURG信號時在新的帶外數據到達套接字時產生的。F_GETOWN返回套接字的當前屬主。
接下來我們看看基于epoll的socket編程代碼：（基于LT模式下的阻塞模式）
客戶端給服務端發送消息。服務端回顯給客戶端：
server端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#define _BACKLOG_ 5
#define _BUF_SIZE_ 10240
#define _MAX_ 64
typedef struct _data_buf
{
int fd;
char buf[_BUF_SIZE_];
}data_buf_t,*data_buf_p;
static void usage(const char* proc)
{
printf("usage:%s[ip][port]\n",proc);
}
static int start(int port,char *ip)
{
assert(ip);
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0)
{
perror("socket");
exit(1);
}
struct sockaddr_in local;
local.sin_port=htons(port);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
int opt=1; //設置為接口復用
setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)
{
perror("bind");
exit(2);
}
if(listen(sock,_BACKLOG_)<0)
{
perror("listen");
exit(3);
}
return sock;
}
static int epoll_server(int listen_sock)
{
int epoll_fd=epoll_create(256);//生成一個專用的epoll文件描述符
if(epoll_fd<0)
{
perror("epoll_create");
exit(1);
}
struct epoll_event ev;//用于注冊事件
struct epoll_event ret_ev[_MAX_];//數組用于回傳要處理的事件
int ret_num=_MAX_;
int read_num=-1;
ev.events=EPOLLIN;
ev.data.fd=listen_sock;
if(epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev)<0)//用于控制某個文件描述符上的事件（注冊，修改，刪除）
{
perror("epoll_ctl");
return -2;
}
int done=0;
int i=0;
int timeout=5000;
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
while(!done)
{
switch(read_num=epoll_wait(epoll_fd,ret_ev,ret_num,timeout))//用于輪尋I/O事件的發生
{
case0：
printf("time out\n");
break;
case -1:
perror("epoll");
exit(2);
default:
{
for(i=0;i<read_num;++i)
{
if(ret_ev[i].data.fd==listen_sock&&(ret_ev[i].events&EPOLLIN))
{
int fd=ret_ev[i].data.fd;
int new_sock=accept(fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
if(new_sock<0)
{
perror("accept")；
continue;
}
ev.events=EPOLLIN;
ev.data.fd=new_sock;
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev);
printf("get a new client...\n");
}
else //normal sock
{
if(ret_ev[i].events&EPOLLIN)
{
int fd=ret_ev[i].data.fd;
data_buf_p mem=(data_buf_p)malloc(sizeof(data_buf_t));
if(!mem)
perror("malloc");
continue;
}
mem->fd=fd;
memset(mem->buf,'\0',sizeof(mem->buf));
ssize_t _s=read(mem->fd,mem->buf,sizeof(mem -> buf)-1);
if(_s>0)
{
mem->buf[_s-1]='\0';
printf("client: %s\n",mem->buf);
ev.events=EPOLLOUT;
ev.data.ptr=mem;
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}
else if(_s==0)
{
printf("client close...\n");
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
close(fd);
free(mem);
}
else
{
continue;
}
}
else if(ret_ev[i].events&EPOLLOUT) //寫事件準備就緒
{
data_buf_p mem=(data_buf_p)ret_ev[i].data.ptr;
int fd=mem->fd;
char *buf=mem->buf;
write(fd,buf,strlen(buf));
ev.events=EPOLLIN; //寫完，下次關心讀事件
ev.data.fd=fd;
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}
else{
//....
}
}
}
}
break;
}
}
}
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
return 1;
}
int port=atoi(argv[2]);
char *ip=argv[1];
int listen_sock=start(port,ip);
epoll_server(listen_sock);
close(listen_sock);
return 0;
}client端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <poll.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
static void usage(const char* arg)
{
printf("usage:%s [ip][port]",arg);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
exit(1);
}
int port=atoi(argv[2]);
char *ip=argv[1];
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0)
{
perror("socket");
exit(2);
}
struct sockaddr_in remote;
remote.sin_family=AF_INET;
remote.sin_port=htons(port);
remote.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
int ret=connect(sock,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote));
char buf[1024];
while(1)
{
printf("please enter: ");
fflush(stdout);
ssize_t _s=read(0,buf,sizeof(buf)-1);
buf[_s]='\0';
write(sock,buf,sizeof(buf)-1);
memset(buf,'\0',sizeof(buf));
read(sock,buf,sizeof(buf)-1);
printf("echo:%s\n",buf);
}
return 0;
}運行結果：
我們可以看到，客戶端發給服務端的數據，被服務端收到后，回顯給客戶端。
接下來我們把程序改為ET模式非阻塞模式：
主要改的地方有：
1.因為ET模式只通知一次，所以我們在讀取數據的時候必須一次讀完，我們寫的read_data函數就是實現這個功能的；
2.把所有的描述符都改為非阻塞模式，調用我們的set_no_block函數；
3.注冊事件的時候，要與上EPOLLET；
具體如下：
server端：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#define _BACKLOG_ 5
#define _BUF_SIZE_ 10240
#define _MAX_ 64
typedef struct _data_buf
{
int fd;
char buf[_BUF_SIZE_];
}data_buf_t,*data_buf_p;
static void usage(const char* proc)
{
printf("usage:%s[ip][port]\n",proc);
}
static int set_no_block(int fd) //用來設置非阻塞
{
int old_fl=fcntl(fd,F_GETFL);
if(old_fl<0)
{
perror("perror");
return -1;
}
if(fcntl(fd,F_SETFL,old_fl|O_NONBLOCK))
{
perror("fcntl");
return -1;
}
return 0;
}
int read_data(int fd,char* buf,int size)//ET模式下讀取數據，必須一次讀完
{
assert(buf);
int index=0;
ssize_t _s=-1;
while((_s=read(fd,buf+index,size-index))<size)
{
if(errno==EAGAIN)
{
break;
}
index += _s;
}
return index;
}
static int start(int port,char *ip)
{
assert(ip);
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock<0)
{
perror("socket");
exit(1);
}
struct sockaddr_in local;
local.sin_port=htons(port);
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip);
int opt=1; //設置為接口復用
setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));
if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)
{
perror("bind");
exit(2);
}
if(listen(sock,_BACKLOG_)<0)
{
perror("listen");
exit(3);
}
return sock;
}
static int epoll_server(int listen_sock)
{
int epoll_fd=epoll_create(256);//生成一個專用的epoll文件描述符
if(epoll_fd<0)
{
perror("epoll_create");
exit(1);
}
set_no_block（listen_sock）；//設置監聽套接字為非阻塞
struct epoll_event ev;//用于注冊事件
struct epoll_event ret_ev[_MAX_];//數組用于回傳要處理的事件
int ret_num=_MAX_;
int read_num=-1;
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
ev.data.fd=listen_sock;
if(epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,listen_sock,&ev)<0)//用于控制某個文件描述符上的事件（注冊，修改，刪除）
{
perror("epoll_ctl");
return -2;
}
int done=0;
int i=0;
int timeout=5000;
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
while(!done)
{
switch(read_num=epoll_wait(epoll_fd,ret_ev,ret_num,timeout))//用于輪尋I/O事件的發生
{
case0：
printf("time out\n");
break;
case -1:
perror("epoll");
exit(2);
default:
{
for(i=0;i<read_num;++i)
{
if(ret_ev[i].data.fd==listen_sock&&(ret_ev[i].events&EPOLLIN))
{
int fd=ret_ev[i].data.fd;
int new_sock=accept(fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
if(new_sock<0)
{
perror("accept")；
continue;
}
set_no_block（new_sock）；//設置套接字為非阻塞
ev.events=EPOLLIN|EPOLLET;
ev.data.fd=new_sock;
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_ADD,new_sock,&ev);
printf("get a new client...\n");
}
else //normal sock
{
if(ret_ev[i].events&EPOLLIN)
{
int fd=ret_ev[i].data.fd;
data_buf_p mem=(data_buf_p)malloc(sizeof(data_buf_t));
if(!mem)
{
perror("malloc");
continue;
}
mem->fd=fd;
memset(mem->buf,'\0',sizeof(mem->buf));
ssize_t _s=read_data(mem->fd,mem->buf,sizeof(mem -> buf)-1);//一次讀完
if(_s>0)
{
mem->buf[_s-1]='\0';
printf("client: %s\n",mem->buf);
ev.events=EPOLLOUT|EPOLLET;
ev.data.ptr=mem;
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_MOD,fd,&ev);
}
else if(_s==0)
{
printf("client close...\n");
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_DEL,fd,NULL);
close(fd);
free(mem);
}
else
{
continue;
}
}
else if(ret_ev[i].events&EPOLLOUT) //寫事件準備就緒
{
data_buf_p mem=(data_buf_p)ret_ev[i].data.ptr;
char* msg="http/1.0 200 ok\r\n\r\nhello bit\r\n";
int fd=mem->fd;
write(fd,msg,strlen(msg));
close(fd);
epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_DEL,fd,&ev); //寫完服務端直接退出
free(mem);
}
else{
//....
}
}
}
}
break;
}
}
}
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc!=3)
{
usage(argv[0]);
return 1;
}
int port=atoi(argv[2]);
char *ip=argv[1];
int listen_sock=start(port,ip);
epoll_server(listen_sock);
close(listen_sock);
return 0;
}我們在瀏覽器上訪問我們的服務器程序，當服務器發送給瀏覽器數據后，服務端關閉連接關閉連接結果如下：
至此，完。
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