Linux-C网络编程之epoll函数

上文中说到假设从100的不同的地方取外卖，那么epoll相当于一部手机，当外卖到达后，送货员能够通知你。从而达到每去必得，少走非常多路。
它是怎样实现这些作用的呢？

epoll的功能

epoll是select/poll的强化版。同是多路复用的函数，epoll有了非常大的改进。

1. 支持监听大数目的socket描写叙述符*

一个进程内，select能打开的fd是有限制的，由宏FD_SETSIZE设置。默认值是1024.在某些时候，这个数值是远远不够用的。

解决的方法有两种，一是改动宏然后又一次编译内核，但与此同一时候会引起网络效率的下降；二是使用多进程来解决，可是创建多个进程是有代价的，并且进程间数据同步没有多线程间方便。
而epoll没有这个限制，它所支持的最大FD上限远远大于1024，在1GB内存的机器上是10万左右（详细数目能够cat/proc/sys/fs/file-max查看）；

1. 效率的提高

select函数每次都当监听的套接组有事件产生时就会返回。但却不能将有事件产生的套接字筛选出来。而是改变其在套接组的标志量，所以每次监听到事件，都须要将套接组整个遍历一遍。时间复杂度是O(n)。当FD数目添加时。效率会线性下降。
而epoll，每次会将监听套结字中产生事件的套接字加到一列表中，然后我们能够直接对此列表进行操作，而没有产生事件的套接字会被过滤掉，极大的提高了IO效率。

这一点尤其在套接字监听数量巨大而活跃数量非常少的时候非常明显。

epoll的使用方法

epoll的使用主要在于三个函数。

1. 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最大值。

注意!是数量的最大值。不是fd的最大值。切勿搞混。
当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，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. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注冊函数。

epfd是epoll的句柄，即epoll_create的返回值；
op表示动作：用三个宏表示：
EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：改动已经注冊的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；
fd是须要监听的套接字描写叙述符；
event是设定监听事件的结构体，数据结构例如以下：

typedef union epoll_data
{
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64
}epoll_data_t;
struct epoll_event 
{
  __uint32_t events;  /* Epoll events */
  epoll_data_t data;  /* User data variable */
};

events能够是下面几个宏的集合：
EPOLLIN ：表示相应的文件描写叙述符能够读（包含对端SOCKET正常关闭）；
EPOLLOUT：表示相应的文件描写叙述符能够写。
EPOLLPRI：表示相应的文件描写叙述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
EPOLLERR：表示相应的文件描写叙述符错误发生；
EPOLLHUP：表示相应的文件描写叙述符被挂断。
EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式。这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。
EPOLLONESHOT：仅仅监听一次事件。当监听完这次事件之后，就会把这个fd从epoll的队列中删除。
假设还须要继续监听这个socket的话，须要再次把这个fd添加到EPOLL队列里

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

等待事件的产生，返回须要处理的事件的数量，并将需处理事件的套接字集合于參数events内，能够遍历events来处理事件。

參数epfd为epoll句柄
events为事件集合
參数timeout是超时时间（毫秒，0会马上返回。-1是永久堵塞）。该函数返回须要处理的事件数目。如返回0表示已超时。      

函数使用小样例

#include <sys/socket.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAXLINE 10   //最大长度
#define OPEN_MAX 100
#define LISTENQ 20
#define SERV_PORT 8000
#define INFTIM 1000
#define IP_ADDR "10.73.219.151"

int main()
{
    struct epoll_event ev, events[20];
    struct sockaddr_in clientaddr, serveraddr;
    int epfd;
    int listenfd;//监听fd
    int maxi;
    int nfds;
    int i;
    int sock_fd, conn_fd;
    char buf[MAXLINE];

    epfd = epoll_create(256);//生成epoll句柄
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//创建套接字
    ev.data.fd = listenfd;//设置与要处理事件相关的文件描写叙述符
    ev.events = EPOLLIN;//设置要处理的事件类型

    epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);//注冊epoll事件

    memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serveraddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    bind(listenfd,(struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr));//绑定套接口
    socklen_t clilen;
    listen(listenfd, LISTENQ);//转为监听套接字
    int n;
    while(1)
    {
        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);//等待事件发生
        //处理所发生的全部事件
        for(i=0;i<nfds;i++)
        {
            if(events[i].data.fd == listenfd)//有新的连接
            {
                clilen = sizeof(struct sockaddr_in);
                conn_fd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clilen);
                printf("accept a new client : %s\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));
                ev.data.fd = conn_fd;
                ev.events = EPOLLIN;//设置监听事件为可写
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev);//新增套接字
            }
            else if(events[i].events & EPOLLIN)//可读事件
            {
                if((sock_fd = events[i].data.fd) < 0)
                    continue;
                if((n = recv(sock_fd, buf, MAXLINE, 0)) < 0)
                {
                    if(errno == ECONNRESET)
                    {
                        close(sock_fd);
                        events[i].data.fd = -1;
                    }
                    else
                    {
                        printf("readline error\n");
                    }
                }
                else if(n == 0)
                {
                    close(sock_fd);
                    printf("关闭\n");
                    events[i].data.fd = -1;
                }

                printf("%d -- > %s\n",sock_fd, buf);
                ev.data.fd = sock_fd;
                ev.events = EPOLLOUT;
                epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_MOD,sock_fd,&ev);//改动监听事件为可读
            }

            else if(events[i].events & EPOLLOUT)//可写事件
            {
                sock_fd = events[i].data.fd;
                printf("OUT\n");
                scanf("%s",buf);
                send(sock_fd, buf, MAXLINE, 0);

                ev.data.fd = sock_fd;
                ev.events = EPOLLIN;
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD,sock_fd, &ev);
            }
        }
    }

    return 0;   
}