epoll

1. epoll简介：

　　epoll是Linux内核的可扩展I/O事件通知机制。于Linux 2.5.44首度登场，它设计目的旨在取代既有POSIX select与poll系统函数，让需要大量操作文件描述符的程序得以发挥更优异的性能（举例来说：旧有的系统函数所花费的时间复杂度为O(n)，epoll的时间复杂度O(log n)）。epoll 实现的功能与 poll 类似，都是监听多个文件描述符上的事件。

　　epoll与FreeBSD的kqueue类似，底层都是由可配置的操作系统内核对象建构而成，并以文件描述符(file descriptor)的形式呈现于用户空间。epoll 通过使用红黑树(RB-tree)搜索被监控的文件描述符(file descriptor)。

　　在 epoll 实例上注册事件时，epoll 会将该事件添加到 epoll 实例的红黑树上并注册一个回调函数，当事件发生时会将事件添加到就绪链表中。

2. 方法：

  • epoll_event定义：
 struct epoll_event{
     __unit32_t events;    // epoll事件
     epoll_data_t data;     // 用户数据 
};

 

　　events：描述事件类型，和poll支持的事件类型基本相同（两个额外的事件：EPOLLET和EPOLLONESHOT，高效运作的关键）；

　　data成员：存储用户数据；

 

  • 在内核中创建epoll实例并返回一个epoll文件描述符：
int epoll_create(int size);

　　在最初的实现中，调用者通过 size 参数告知内核需要监听的文件描述符数量。如果监听的文件描述符数量超过 size, 则内核会自动扩容。

　　现在 size 已经没有这种语义了，但是调用者调用时 size 依然必须大于 0，以保证后向兼容性。

 

  • 向 epfd 对应的内核epoll 实例添加、修改或删除对 fd （要操作的文件描述符）上事件 event 的监听：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

 　　op 可以为 EPOLL_CTL_ADD, EPOLL_CTL_MOD, EPOLL_CTL_DEL 分别对应的是操作类型：添加新的事件，修改文件描述符上监听的事件类型，从实例上删除一个事件。

　　如果 event 的 events 属性设置了 EPOLLET flag，那么监听该事件的方式是边缘触发。

 

  • epoll_wt() 可以让内核去检测就绪的事件，并将就绪的事件放到就绪列表中并返回（只用于输出检测到就绪的事件），通过返回的事件数组做进一步的事件处理：
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

　　返回：成功时返回就绪的文件描述符的个数，失败时返回-1并设置errno；

　　timeout：指定epoll的超时时间，单位是毫秒。当timeout为-1是，epoll_wait调用将永远阻塞，直到某个时间发生。当timeout为0时，epoll_wait调用将立即返回。

　　maxevents：指定最多监听多少个事件，必须大于0；

　　events：检测到事件，将所有就绪的事件从内核事件表中复制到它的第二个参数events指向的数组中；

 

3. epoll的两种触发模式：

　　使用脉冲信号来解释LT和ET可能更加贴切。Level是指信号只需要处于水平，就一直会触发；而edge则是指信号为上升沿或者下降沿时触发。

  • 水平触发 LT：
  1. LT（Level - Triggered）是epoll默认的工作方式，并且同时支持 Block 和 Nonblock Socket。在这种做法中，内核检测到一个文件描述符就绪了，然后可以对这个就绪的 fd 进行 IO 操作，如果不作任何操作，内核还是会继续通知。
  2. LT模式下的读操作：只要缓冲内容存在，就一直返回读就绪；
  3. LT模式下的写操作：只要缓冲区还不满，就一直返回写就绪。　　
  • 边沿触发 ET：
  1. ET（Edge - Triggered）是高速工作方式，只支持 Nonblock socket。在这种模式下，当描述符从未就绪变为就绪时，内核通过 epoll 检测到。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪，就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。但是请注意，如果一直不对这个 fd 进行 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（只有最初变化时的那一次就绪通知）。 ET 模式在很大程度上减少了 epoll 事件被重复触发的次数，因此效率要比 LT 模式高。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描述符的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。
  2. ET模式下的读操作：当缓冲区由不可读变为可读的时候（即缓冲区由空变为不空）；当有新数据到达时（即缓冲区中的待读数据变多）；当缓冲区有数据可读且应用进程对相应的描述符进行EPOLL_CTL_MOD 修改EPOLLIN事件时。
  3. ET模式下的写操作：当缓冲区由不可写变为可写时。当有旧数据被发送走，即缓冲区中的内容变少的时候。当缓冲区有空间可写，且应用进程对相应的描述符进行EPOLL_CTL_MOD 修改EPOLLOUT事件时。 
posted @ 2022-05-18 22:59  Siu_Miner  阅读(66)  评论(0)    收藏  举报