Epoll模型.docx
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Epoll模型
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_SETSIZE1024
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.intepoll_create（intsize）;
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.intepoll_ctl（intepfd,intop,intfd,structepoll_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，structepoll_event结构如下：
structepoll_event{
__uint32_tevents;/*Epollevents*/
epoll_data_tdata;/*Userdatavariable*/
};
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（EdgeTriggered）模式，这是相对于水平触发（LevelTriggered）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.intepoll_wait（intepfd,structepoll_event*events,intmaxevents,inttimeout）;
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。
从man手册中，得到ET和LT的具体描述如下
EPOLL事件有两种模型：
EdgeTriggered（ET）边缘触发只有数据到来，才触发，不管缓存区中是否还有数据。
LevelTriggered（LT）水平触发只要有数据都会触发。
假如有这样一个例子：
1.我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄（RFD）添加到epoll描述符
2.这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据
3.调用epoll_wait
（2），并且它会返回RFD，说明它已经准备好读取操作
4.然后我们读取了1KB的数据
5.调用epoll_wait
（2）......
EdgeTriggered工作模式：
如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志，那么在第5步调用epoll_wait
（2）之后将有可能会挂起，因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内，而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。
只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候ET工作模式才会汇报事件。
因此在第5步的时候，调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。
在上面的例子中，会有一个事件产生在RFD句柄上，因为在第2步执行了一个写操作，然后，事件将会在第3步被销毁。
因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据，因此我们在第5步调用epoll_wait
（2）完成后，是否挂起是不确定的。
epoll工作在ET模式的时候，必须使用非阻塞套接口，以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口，在后面会介绍避免可能的缺陷。
i基于非阻塞文件句柄
ii只有当read
（2）或者write
（2）返回EAGAIN时才需要挂起，等待。
但这并不是说每次read（）时都需要循环读，直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成，当read（）返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时，就可以确定此时缓冲中已没有数据了，也就可以认为此事读事件已处理完成。
LevelTriggered工作模式
相反的，以LT方式调用epoll接口的时候，它就相当于一个速度比较快的poll
（2），并且无论后面的数据是否被使用，因此他们具有同样的职能。
因为即使使用ET模式的epoll，在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。
调用者可以设定EPOLLONESHOT标志，在epoll_wait
（2）收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。
因此当EPOLLONESHOT设定后，使用带有EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl
（2）处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。
然后详细解释ET,LT:
LT（leveltriggered）是缺省的工作方式，并且同时支持block和no-blocksocket.在这种做法中，内核告诉你一个文件描述符是否就绪了，然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。
如果你不作任何操作，内核还是会继续通知你的，所以，这种模式编程出错误可能性要小一点。
传统的select/poll都是这种模型的代表．
ET（edge-triggered）是高速工作方式，只支持no-blocksocket。
在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过epoll告诉你。
然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知，直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了（比如，你在发送，接收或者接收请求，或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK错误）。
但是请注意，如果一直不对这个fd作IO操作（从而导致它再次变成未就绪），内核不会发送更多的通知（onlyonce）,不过在TCP协议中，ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认（这句话不理解）。
在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle-connection或者dead-connection，epoll的效率并不会比select/poll高很多，但是当我们遇到大量的idle-connection（例如WAN环境中存在大量的慢速连接），就会发现epoll的效率大大高于select/poll。
（未测试）
另外，当使用epoll的ET模型来工作时，当产生了一个EPOLLIN事件后，
读数据的时候需要考虑的是当recv（）返回的大小如果等于请求的大小，那么很有可能是缓冲区还有数据未读完，也意味着该次事件还没有处理完，所以还需要再次读取：
while（rs）
{
buflen=recv（activeevents[i].data.fd,buf,sizeof（buf）,0）;
if（buflen<0）
{
//由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读
//在这里就当作是该次事件已处理处.
if（errno==EAGAIN）
break;
else
return;
}
elseif（buflen==0）
{
//这里表示对端的socket已正常关闭.
}
if（buflen==sizeof（buf）
rs=1;//需要再次读取
else
rs=0;
}
还有，假如发送端流量大于接收端的流量（意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快）,由于是非阻塞的socket,那么send（）函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发，当缓冲区满后会产生EAGAIN错误（参考mansend）,同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send（）的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回，返回-1表示出错。
在socket_send（）内部,当写缓冲已满（send（）返回-1,且errno为EAGAIN）,那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send（）内部,但暂没有更好的办法.
ssize_tsocket_send（intsockfd,constchar*buffer,size_tbuflen）
{
ssize_ttmp;
size_ttotal=buflen;
constchar*p=buffer;
while
（1）
{
tmp=send（sockfd,p,total,0）;
if（tmp<0）
{
//当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1.
if（errno==EINTR）
return-1;
//当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满,
//在这里做延时后再重试.
if（errno==EAGAIN）
{
usleep（1000）;
continue;
}
return-1;
}
if（（size_t）tmp==total）
returnbuflen;
total-=tmp;
p+=tmp;
}
returntmp;
}
代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineMAXLINE10
#defineOPEN_MAX100
#defineLISTENQ20
#defineSERV_PORT5555
#defineINFTIM1000
//线程池任务队列结构体
structtask
{
intfd;//需要读写的文件描述符
structtask*next;//下一个任务
};
//用于读写两个的两个方面传递参数
structuser_data
{
intfd;
unsignedintn_size;
charline[MAXLINE];
};
//线程的任务函数
void*readtask（void*args）;
void*writetask（void*args）;
//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_eventev,events[20];
intepfd;
pthread_mutex_tmutex;
pthread_cond_tcond1;
structtask*readhead=NULL,*readtail=NULL,*writehead=NULL;
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（）
{
inti,maxi,listenfd,connfd,sockfd,nfds;
pthread_ttid1,tid2;
structtask*new_task=NULL;
structuser_data*rdata=NULL;
socklen_tclilen;
pthread_mutex_init（&mutex,NULL）;
pthread_cond_init（&cond1,NULL）;
//初始化用于读线程池的线程
pthread_create（&tid1,NULL,readtask,NULL）;
pthread_create（&tid2,NULL,readtask,NULL）;
//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;
//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="200.200.200.222";
inet_aton（local_addr,&（serveraddr.sin_addr））;//htons（SERV_PORT）;
serveraddr.sin_port=htons（SERV_PORT）;
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{
if（events[i].data.fd==listenfd）
{
connfd=accept（listenfd,（sockaddr*）&clientaddr,&clilen）;
if（connfd<0）
{
perror（"connfd<0"）;
exit
（1）;
}
setnonblocking（connfd）;
char*str=inet_ntoa（clientaddr.sin_addr）;
std:
:
cout<<"connec_from>>"<:
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;
//注册ev
epoll_ctl（epfd,EPOLL_CTL_ADD,connfd,&ev）;
}else
if（events[i].events&EPOLLIN）
{
printf（"reading!
\n"）;
if（（sockfd=events[i].data.fd）<0）continue;
new_task=newtask（）;
new_task->fd=sockfd;
new_task->next=NULL;
//添加新的读任务
pthread_mutex_lock（&mutex）;
if（readhead==NULL）
{
readhead=new_task;
readtail=new_task;
}else
{
readtail->next=new_task;
readtail=new_task;
}
//唤醒所有等待cond1条件的线程
pthread_cond_broadcast（&cond1）;
pthread_mutex_unlock（&mutex）;
}else
if（events[i].events&EPOLLOUT）
{
rdata=（structuser_data*）events[i].data.ptr;
sockfd=rdata->fd;
write（sockfd,rdata->line,rdata->n_size）;
deleterdata;
//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）;
}
}
}
}
void*readtask（void*args）
{
intfd=-1;
unsignedintn;
//用于把读出来的数据传递出去
structuser_data*data=NULL;
while
（1）
{
pthread_mutex_lock（&mutex）;
//等待到任务队列不为空
while（readhead==NULL）
pthread_cond_wait（&cond1,&mutex）;
fd=readhead->fd;
//从任务队列取出一个读任务
structtask*tmp=readhead;
readhead=readhead->next;
deletetmp;
pthread_mutex_unlock（&mutex）;
data=newuser_data（）;
data->fd=fd;
if（（n=read（fd,data->line,MAXLINE））<0）
{
if（errno==ECONNRESET）
{
close（fd）;
}else
std:
:
cout<<"readlineerror"<:
endl;
if（data!
=NULL）deletedata;
}else
if（n==0）
{
close（fd）;
printf（"Clientcloseconnect!
\n"）;
if（data!
=NULL）deletedata;
}else
{
data->n_size=n;
//设置需要传递出去的数据
ev.data.ptr=data;
//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,fd,&ev）;
}
}
}
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