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前言

        I/O多路复用有很多种实现。在linux上，2.4内核前主要是和，自Linux 2.6内核正式引入epoll以来，epoll已经成为了目前实现高性能网络服务器的必备技术。尽管他们的使用方法不尽相同，但是本质上却没有什么区别。本文将重点探讨将放在EPOLL的实现与使用详解。

 

为什么会有EPOLL？

select的缺陷

      高并发的核心解决方案是1个线程处理所有连接的“等待消息准备好”，这一点上epoll和select是无争议的。但select预估错误了一件事，当数十万并发连接存在时，可能每一毫秒只有数百个活跃的连接，同时其余数十万连接在这一毫秒是非活跃的。select采用轮询的方法遍历所有的FD_SET句柄

      返回的活跃连接 ==select（全部待监控的连接）。

      什么时候会调用select方法呢？在你认为需要找出有报文到达的活跃连接时，就应该调用。所以，调用select在高并发时是会被频繁调用的。这样，这个频繁调用的方法就很有必要看看它是否有效率，因为，它的轻微效率损失都会被“频繁”二字所放大。它有效率损失吗？显而易见，全部待监控连接是数以十万计的，返回的只是数百个活跃连接，这本身就是无效率的表现。被放大后就会发现，处理并发上万个连接时，select就完全力不从心了。

      此外，在Linux内核中，select所用到的FD_SET是有限的，即内核中有个参数__FD_SETSIZE定义了每个FD_SET的句柄个数。一般为1024（fd也不能大于1024，否则可能core dump）

/linux/posix_types.h:

#define __FD_SETSIZE 1024

 

      其次，内核中实现 select是用轮询方法，即每次检测都会遍历所有FD_SET中的句柄，显然，select函数执行时间与FD_SET中的句柄个数有一个比例关系，即 select要检测的句柄数越多就会越费时。看到这里，您可能要要问了，你为什么不提poll？笔者认为select与poll在内部机制方面并没有太大的差异。相比于select机制，poll只是取消了最大监控文件描述符数限制，并没有从根本上解决select存在的问题。

      接下来我们看张图，当并发连接为较小时，select与epoll似乎并无多少差距。可是当并发连接上来以后，select就显得力不从心了。

        图 1.主流I/O复用机制的benchmark

 

epoll接口

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。创建好epoll句柄后它是会占用一个fd值，所以记住使用完要调用close()关闭，否则可能fd耗尽。

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（epoll使用epoll_wait监听）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。

epfd:epoll_create返回的句柄

op：操作动作

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；

fd：需要监听的fd

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

用来等待所监听文件描述符上有事件发生

epfd：epoll_create返回的句柄

timeout：是超时事件，-1为阻塞，0为立即返回，非阻塞，大于0是指定的微妙 events：是一个 传入传出参数，它是epoll_event结构的指针，用来从内核得到事件的集合 maxevents：告知内核events的大小，但不能大于epoll_create()时创建的size

 

LT和ET模式

• LT（Level Triggered，电平触发）：LT模式是epoll默认的工作模式，也是select和poll的工作模式，在LT模式下，epoll相当于一个效率较高的poll。 

      采用LT模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此事件通知应用程序后，应用程序可以不立即处理此事件，当下一次调用epoll_wait是，epoll_wait还会将此事件通告应用程序。

• ET（Edge Triggered，边沿触发）:当调用epoll_ctl，向参数event注册EPOLLET事件时，epoll将以ET模式来操作该文件描述符，ET模式是epoll的高效工作模式. 

       对于采用ET模式的文件描述符，当epoll_wait检测到其上有事件发生并将此通知应用程序后，应用程序必须立即处理该事件，因为后续的epoll_wait调用将不在向应用程序通知这一事件。ET模式降低了同意epoll事件被触发的次数，效率比LT模式高。

 

select、poll和epoll三种I/O复用模式的比较

系统调用	select	poll	epoll
事件集合	通过3个参数分别传入感兴趣的可读，可写及异常等事件 内核通过对这些参数的在线修改来反馈其中的就绪事件 这使得用户每次调用select都要重置这3个参数	统一处理所有事件类型，因此只需要一个事件集参数。 用户通过pollfd.events传入感兴趣的事件，内核通过 修改pollfd.revents反馈其中就绪的事件	内核通过一个事件表直接管理用户感兴趣的所有事件。 因此每次调用epoll_wait时，无需反复传入用户感兴趣 的事件。epoll_wait系统调用的参数events仅用来反馈就绪的事件
应用程序索引就绪文件 描述符的时间复杂度	O(n)	O(n)	O(1)
最大支持文件描述符数	一般有最大值限制	65535	65535
工作模式	LT	LT	支持ET高效模式
内核实现和工作效率	采用轮询方式检测就绪事件，时间复杂度：O(n)	采用轮询方式检测就绪事件，时间复杂度：O(n)	采用回调方式检测就绪事件，时间复杂度：O(1)

       

epoll框架

for( ; ; )    {        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);        for(i=0;i
   
    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            }        }    }
   

完整的epoll服务端示例：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #include 
         
          #include 
          
           #include 
           
            using namespace std;#define MAXLINE 5#define OPEN_MAX 100#define LISTENQ 20#define SERV_PORT 5000#define INFTIM 1000void setnonblocking(int sock){ int opts; 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); }}int main(int argc, char* argv[]){ int i, maxi, listenfd, connfd, sockfd,epfd,nfds, portnumber; ssize_t n; char line[MAXLINE]; socklen_t clilen; if ( 2 == argc ) { if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 ) { fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]); return 1; } } else { fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber/a/n",argv[0]); return 1; } //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 struct epoll_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); struct sockaddr_in clientaddr; struct sockaddr_in serveraddr; 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
            
             < 0) continue; if ( (n = read(sockfd, line, MAXLINE)) < 0) { if (errno == ECONNRESET) { close(sockfd); events[i].data.fd = -1; } else std::cout<<"readline error"<
            
           
          
         
        
       
      
     
    
   

 

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