网络模型，Epoll介绍，和几种其他模型的比较！

我不是女神ヾ 2023-01-17 03:11 2阅读 0赞

Linux Epoll介绍和程序实例

1. Epoll是何方神圣？

Epoll可是当前在Linux下开发大规模并发网络程序的热门人选，Epoll 在Linux2.6内核中正式引入，和select相似，其实都**I/O多路复用技术而已**，并没有什么神秘的。

其实在Linux下设计并发网络程序，向来不缺少方法，比如典型的Apache模型（Process Per Connection，简称PPC），TPC（Thread PerConnection）模型，以及select模型和poll模型，那为何还要再引入Epoll这个东东呢？那还是有得说说的…

2. 常用模型的缺点

如果不摆出来其他模型的缺点，怎么能对比出Epoll的优点呢。

2.1 PPC/TPC模型

这两种模型思想类似，就是**让每一个到来的连接一边自己做事去，别再来烦我**。只是PPC是为它开了一个进程，而TPC开了一个线程。可是别烦我是有代价的，它要时间和空间啊，连接多了之后，那么多的进程/线程切换，这开销就上来了；因此这类模型能接受的最大连接数都不会高，一般在几百个左右。

2.2 select模型

1. 最大并发数限制，因为一个进程所打开的FD（文件描述符）是有限制的，由FD\_SETSIZE设置，默认值是1024/2048，因此Select模型的最大并发数就被相应限制了。自己改改这个FD\_SETSIZE？想法虽好，可是先看看下面吧…

2. 效率问题，select每次调用都会线性扫描全部的FD集合，这样效率就会呈现线性下降，把FD\_SETSIZE改大的后果就是，大家都慢慢来，什么？都超时了？？！！

3. 内核/用户空间 内存拷贝问题，如何让内核把FD消息通知给用户空间呢？在这个问题上select采取了内存拷贝方法。

2.3 poll模型

基本上效率和select是相同的，select缺点的2和3它都没有改掉。

3. Epoll的提升

把其他模型逐个批判了一下，再来看看Epoll的改进之处吧，其实把select的缺点反过来那就是Epoll的优点了。

3.1. Epoll没有最大并发连接的限制，上限是最大可以打开文件的数目，这个数字一般远大于2048, **一般来说这个数目和系统内存关系很大**，具体数目可以cat /proc/sys/fs/file-max察看。

3.2. 效率提升，Epoll最大的优点就在于它**只管你“活跃”的连接**，而跟连接总数无关，因此在实际的网络环境中，Epoll的效率就会远远高于select和poll。

3.3. 内存拷贝，Epoll在这点上使用了“**共享内存**”，这个内存拷贝也省略了。

4. Epoll为什么高效

Epoll的高效和其数据结构的设计是密不可分的，这个下面就会提到。

首先回忆一下select模型，当有I/O事件到来时，select通知应用程序有事件到了快去处理，而应用程序必须轮询所有的FD集合，测试每个FD是否有事件发生，并处理事件；代码像下面这样：

int res = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, 120);

if(res > 0)

for(int i = 0; i < MAX\_CONNECTION; i++)

if(FD\_ISSET(allConnection\[i\],&readfds))

handleEvent(allConnection\[i\]);

// if(res == 0) handle timeout, res < 0 handle error

Epoll不仅会告诉应用程序有I/0事件到来，还会告诉应用程序相关的信息，这些信息是应用程序填充的，因此根据这些信息应用程序就能直接定位到事件，而不必遍历整个FD集合。

intres = epoll\_wait(epfd, events, 20, 120);

for(int i = 0; i < res;i++)

handleEvent(events\[n\]);

5. Epoll关键数据结构

前面提到Epoll速度快和其数据结构密不可分，其关键数据结构就是：

structepoll\_event \{

\_\_uint32\_t events;      // Epoll events

epoll\_data\_t data;      // User datavariable

\};

typedefunion epoll\_data \{

void \*ptr;

int fd;

\_\_uint32\_t u32;

\_\_uint64\_t u64;

\} epoll\_data\_t;

可见epoll\_data是一个union结构体,借助于它应用程序可以保存很多类型的信息:fd、指针等等。有了它，应用程序就可以直接定位目标了。

6. 使用Epoll

既然Epoll相比select这么好，那么用起来如何呢？会不会很繁琐啊…先看看下面的三个函数吧，就知道Epoll的易用了。

intepoll\_create(int size);

生成一个Epoll专用的文件描述符，其实是申请一个内核空间，用来存放你想关注的socket fd上是否发生以及发生了什么事件。size就是你在这个Epoll fd上能关注的最大socket fd数，大小自定，只要内存足够。

intepoll\_ctl(int epfd, intop, int fd,  structepoll\_event \*event);

控制某个Epoll文件描述符上的事件：注册、修改、删除。其中参数epfd是epoll\_create()创建Epoll专用的文件描述符。相对于select模型中的FD\_SET和FD\_CLR宏。

intepoll\_wait(int epfd,structepoll\_event \* events,int maxevents,int timeout);

等待I/O事件的发生；参数说明：

epfd:由**epoll\_create()** 生成的Epoll专用的文件描述符；

epoll\_event:用于回传代处理事件的数组；

maxevents:每次能处理的事件数；

timeout:等待I/O事件发生的超时值；

返回发生事件数。

相对于select模型中的select函数。

7. 例子程序

下面是一个简单Echo Server的例子程序，麻雀虽小，五脏俱全，还包含了一个简单的超时检查机制，简洁起见没有做错误处理。

**\[cpp\]** [ view plain][view plain] [copy][view plain]

1.  //     
2.  // a simple echo server using epoll in linux    
3.  //     
4.  // 2009-11-05    
5.  // 2013-03-22:修改了几个问题，1是/n格式问题，2是去掉了原代码不小心加上的ET模式;  
6.  // 本来只是简单的示意程序，决定还是加上 recv/send时的buffer偏移  
7.  // by sparkling    
8.  //     
9.  \#include <sys/socket.h>    
10. \#include <sys/epoll.h>    
11. \#include <netinet/in.h>    
12. \#include <arpa/inet.h>    
13. \#include <fcntl.h>    
14. \#include <unistd.h>    
15. \#include <stdio.h>    
16. \#include <errno.h>    
17. \#include <iostream>    
18. using namespace std;    
19. \#define MAX\_EVENTS 500    
20. struct myevent\_s    
21. \{    
22.     int fd;    
23.     void (\*call\_back)(int fd, int events, void \*arg);    
24.     int events;    
25.     void \*arg;    
26.     int status; // 1: in epoll wait list, 0 not in    
27.     char buff\[128\]; // recv data buffer    
28.     int len, s\_offset;    
29.     long last\_active; // last active time    
30. \};    
31. // set event    
32. void EventSet(myevent\_s \*ev, int fd, void (\*call\_back)(int, int, void\*), void \*arg)    
33. \{    
34.     ev->fd = fd;    
35.     ev->call\_back = call\_back;    
36.     ev->events = 0;    
37.     ev->arg = arg;    
38.     ev->status = 0;  
39.     bzero(ev->buff, sizeof(ev->buff));  
40.     ev->s\_offset = 0;    
41.     ev->len = 0;  
42.     ev->last\_active = time(NULL);    
43. \}    
44. // add/mod an event to epoll    
45. void EventAdd(int epollFd, int events, myevent\_s \*ev)    
46. \{    
47.     struct epoll\_event epv = \{0, \{0\}\};    
48.     int op;    
49.     epv.data.ptr = ev;    
50.     epv.events = ev->events = events;    
51.     if(ev->status == 1)\{    
52.         op = EPOLL\_CTL\_MOD;    
53.     \}    
54.     else\{    
55.         op = EPOLL\_CTL\_ADD;    
56.         ev->status = 1;    
57.     \}    
58.     if(epoll\_ctl(epollFd, op, ev->fd, &epv) < 0)    
59.         printf("Event Add failed\[fd=%d\], evnets\[%d\]\\n", ev->fd, events);    
60.     else    
61.         printf("Event Add OK\[fd=%d\], op=%d, evnets\[%0X\]\\n", ev->fd, op, events);    
62. \}    
63. // delete an event from epoll    
64. void EventDel(int epollFd, myevent\_s \*ev)    
65. \{    
66.     struct epoll\_event epv = \{0, \{0\}\};    
67.     if(ev->status != 1) return;    
68.     epv.data.ptr = ev;    
69.     ev->status = 0;  
70.     epoll\_ctl(epollFd, EPOLL\_CTL\_DEL, ev->fd, &epv);    
71. \}    
72. int g\_epollFd;    
73. myevent\_s g\_Events\[MAX\_EVENTS+1\]; // g\_Events\[MAX\_EVENTS\] is used by listen fd    
74. void RecvData(int fd, int events, void \*arg);    
75. void SendData(int fd, int events, void \*arg);    
76. // accept new connections from clients    
77. void AcceptConn(int fd, int events, void \*arg)    
78. \{    
79.     struct sockaddr\_in sin;    
80.     socklen\_t len = sizeof(struct sockaddr\_in);    
81.     int nfd, i;    
82.     // accept    
83.     if((nfd = accept(fd, (struct sockaddr\*)&sin, &len)) == -1)    
84.     \{    
85.         if(errno != EAGAIN && errno != EINTR)    
86.         \{    
87.         \}  
88.         printf("%s: accept, %d", \_\_func\_\_, errno);    
89.         return;    
90.     \}    
91.     do    
92.     \{    
93.         for(i = 0; i < MAX\_EVENTS; i++)    
94.         \{    
95.             if(g\_Events\[i\].status == 0)    
96.             \{    
97.                 break;    
98.             \}    
99.         \}    
100.         if(i == MAX\_EVENTS)    
101.         \{    
102.             printf("%s:max connection limit\[%d\].", \_\_func\_\_, MAX\_EVENTS);    
103.             break;    
104.         \}    
105.         // set nonblocking  
106.         int iret = 0;  
107.         if((iret = fcntl(nfd, F\_SETFL, O\_NONBLOCK)) < 0)  
108.         \{  
109.             printf("%s: fcntl nonblocking failed:%d", \_\_func\_\_, iret);  
110.             break;  
111.         \}  
112.         // add a read event for receive data    
113.         EventSet(&g\_Events\[i\], nfd, RecvData, &g\_Events\[i\]);    
114.         EventAdd(g\_epollFd, EPOLLIN, &g\_Events\[i\]);    
115.     \}while(0);    
116.     printf("new conn\[%s:%d\]\[time:%d\], pos\[%d\]\\n", inet\_ntoa(sin.sin\_addr),   
117.             ntohs(sin.sin\_port), g\_Events\[i\].last\_active, i);    
118. \}    
119. // receive data    
120. void RecvData(int fd, int events, void \*arg)    
121. \{    
122.     struct myevent\_s \*ev = (struct myevent\_s\*)arg;    
123.     int len;    
124.     // receive data  
125.     len = recv(fd, ev->buff+ev->len, sizeof(ev->buff)-1-ev->len, 0);      
126.     EventDel(g\_epollFd, ev);  
127.     if(len > 0)  
128.     \{  
129.         ev->len += len;  
130.         ev->buff\[len\] = '\\0';    
131.         printf("C\[%d\]:%s\\n", fd, ev->buff);    
132.         // change to send event    
133.         EventSet(ev, fd, SendData, ev);    
134.         EventAdd(g\_epollFd, EPOLLOUT, ev);    
135.     \}    
136.     else if(len == 0)    
137.     \{    
138.         close(ev->fd);    
139.         printf("\[fd=%d\] pos\[%d\], closed gracefully.\\n", fd, ev-g\_Events);    
140.     \}    
141.     else    
142.     \{    
143.         close(ev->fd);    
144.         printf("recv\[fd=%d\] error\[%d\]:%s\\n", fd, errno, strerror(errno));    
145.     \}    
146. \}    
147. // send data    
148. void SendData(int fd, int events, void \*arg)    
149. \{    
150.     struct myevent\_s \*ev = (struct myevent\_s\*)arg;    
151.     int len;    
152.     // send data    
153.     len = send(fd, ev->buff + ev->s\_offset, ev->len - ev->s\_offset, 0);  
154.     if(len > 0)    
155.     \{  
156.         printf("send\[fd=%d\], \[%d<->%d\]%s\\n", fd, len, ev->len, ev->buff);  
157.         ev->s\_offset += len;  
158.         if(ev->s\_offset == ev->len)  
159.         \{  
160.             // change to receive event  
161.             EventDel(g\_epollFd, ev);    
162.             EventSet(ev, fd, RecvData, ev);    
163.             EventAdd(g\_epollFd, EPOLLIN, ev);    
164.         \}  
165.     \}    
166.     else    
167.     \{    
168.         close(ev->fd);    
169.         EventDel(g\_epollFd, ev);    
170.         printf("send\[fd=%d\] error\[%d\]\\n", fd, errno);    
171.     \}    
172. \}    
173. void InitListenSocket(int epollFd, short port)    
174. \{    
175.     int listenFd = socket(AF\_INET, SOCK\_STREAM, 0);    
176.     fcntl(listenFd, F\_SETFL, O\_NONBLOCK); // set non-blocking    
177.     printf("server listen fd=%d\\n", listenFd);    
178.     EventSet(&g\_Events\[MAX\_EVENTS\], listenFd, AcceptConn, &g\_Events\[MAX\_EVENTS\]);    
179.     // add listen socket    
180.     EventAdd(epollFd, EPOLLIN, &g\_Events\[MAX\_EVENTS\]);    
181.     // bind & listen    
182.     sockaddr\_in sin;    
183.     bzero(&sin, sizeof(sin));    
184.     sin.sin\_family = AF\_INET;    
185.     sin.sin\_addr.s\_addr = INADDR\_ANY;    
186.     sin.sin\_port = htons(port);    
187.     bind(listenFd, (const sockaddr\*)&sin, sizeof(sin));    
188.     listen(listenFd, 5);    
189. \}    
190. int main(int argc, char \*\*argv)    
191. \{    
192.     unsigned short port = 12345; // default port    
193.     if(argc == 2)\{    
194.         port = atoi(argv\[1\]);    
195.     \}    
196.     // create epoll    
197.     g\_epollFd = epoll\_create(MAX\_EVENTS);    
198.     if(g\_epollFd <= 0) printf("create epoll failed.%d\\n", g\_epollFd);    
199.     // create & bind listen socket, and add to epoll, set non-blocking    
200.     InitListenSocket(g\_epollFd, port);    
201.     // event loop    
202.     struct epoll\_event events\[MAX\_EVENTS\];    
203.     printf("server running:port\[%d\]\\n", port);    
204.     int checkPos = 0;    
205.     while(1)\{    
206.         // a simple timeout check here, every time 100, better to use a mini-heap, and add timer event    
207.         long now = time(NULL);    
208.         for(int i = 0; i < 100; i++, checkPos++) // doesn't check listen fd    
209.         \{    
210.             if(checkPos == MAX\_EVENTS) checkPos = 0; // recycle    
211.             if(g\_Events\[checkPos\].status != 1) continue;    
212.             long duration = now - g\_Events\[checkPos\].last\_active;    
213.             if(duration >= 60) // 60s timeout    
214.             \{    
215.                 close(g\_Events\[checkPos\].fd);    
216.                 printf("\[fd=%d\] timeout\[%d--%d\].\\n", g\_Events\[checkPos\].fd, g\_Events\[checkPos\].last\_active, now);    
217.                 EventDel(g\_epollFd, &g\_Events\[checkPos\]);    
218.             \}    
219.         \}    
220.         // wait for events to happen    
221.         int fds = epoll\_wait(g\_epollFd, events, MAX\_EVENTS, 1000);    
222.         if(fds < 0)\{    
223.             printf("epoll\_wait error, exit\\n");    
224.             break;    
225.         \}    
226.         for(int i = 0; i < fds; i++)\{    
227.             myevent\_s \*ev = (struct myevent\_s\*)events\[i\].data.ptr;    
228.             if((events\[i\].events&EPOLLIN)&&(ev->events&EPOLLIN)) // read event    
229.             \{    
230.                 ev->call\_back(ev->fd, events\[i\].events, ev->arg);    
231.             \}    
232.             if((events\[i\].events&EPOLLOUT)&&(ev->events&EPOLLOUT)) // write event    
233.             \{    
234.                 ev->call\_back(ev->fd, events\[i\].events, ev->arg);    
235.             \}    
236.         \}    
237.     \}    
238.     // free resource    
239.     return 0;    
240. \}

转载于：http://blog.csdn.net/sparkliang/article/details/4770655

[view plain]: http://blog.csdn.net/sparkliang/article/details/4770655#