Linux-C網絡編程之epoll函數

上文中說到假設從100的不同的地方取外賣，那么epoll相當於一部手機，當外賣到達后，送貨員能夠通知你。從而達到每去必得，少走非常多路。
它是怎樣實現這些作用的呢？

epoll的功能

epoll是select/poll的強化版。同是多路復用的函數，epoll有了非常大的改進。

1. 支持監聽大數目的socket描寫敘述符*

一個進程內，select能打開的fd是有限制的，由宏FD_SETSIZE設置。默認值是1024.在某些時候，這個數值是遠遠不夠用的。

解決的方法有兩種，一是改動宏然后又一次編譯內核，但與此同一時候會引起網絡效率的下降；二是使用多進程來解決，可是創建多個進程是有代價的，並且進程間數據同步沒有多線程間方便。
而epoll沒有這個限制，它所支持的最大FD上限遠遠大於1024，在1GB內存的機器上是10萬左右（詳細數目能夠cat/proc/sys/fs/file-max查看）；

1. 效率的提高

select函數每次都當監聽的套接組有事件產生時就會返回。但卻不能將有事件產生的套接字篩選出來。而是改變其在套接組的標志量，所以每次監聽到事件，都須要將套接組整個遍歷一遍。時間復雜度是O(n)。當FD數目添加時。效率會線性下降。
而epoll，每次會將監聽套結字中產生事件的套接字加到一列表中，然后我們能夠直接對此列表進行操作，而沒有產生事件的套接字會被過濾掉，極大的提高了IO效率。

這一點尤其在套接字監聽數量巨大而活躍數量非常少的時候非常明顯。

epoll的使用方法

epoll的使用主要在於三個函數。

1. epoll_create(int size);

創建一個epoll的句柄，size用來告訴內核這個監聽的數目最大值。
 注意!是數量的最大值。不是fd的最大值。切勿搞混。 當創建好epoll句柄后，它就是會占用一個fd值，所以在使用完epoll后，必須調用close()關閉。否則可能導致fd被耗盡。 

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注冊函數。
 epfd是epoll的句柄，即epoll_create的返回值； op表示動作：用三個宏表示： EPOLL_CTL_ADD：注冊新的fd到epfd中； EPOLL_CTL_MOD：改動已經注冊的fd的監聽事件； EPOLL_CTL_DEL：從epfd中刪除一個fd； fd是須要監聽的套接字描寫敘述符； event是設定監聽事件的結構體，數據結構例如以下： 

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能夠是下面幾個宏的集合：
EPOLLIN ：表示相應的文件描寫敘述符能夠讀（包含對端SOCKET正常關閉）；
EPOLLOUT：表示相應的文件描寫敘述符能夠寫。
EPOLLPRI：表示相應的文件描寫敘述符有緊急的數據可讀（這里應該表示有帶外數據到來）；
EPOLLERR：表示相應的文件描寫敘述符錯誤發生；
EPOLLHUP：表示相應的文件描寫敘述符被掛斷。
EPOLLET： 將EPOLL設為邊緣觸發(Edge Triggered)模式。這是相對於水平觸發(Level Triggered)來說的。
EPOLLONESHOT：僅僅監聽一次事件。當監聽完這次事件之后，就會把這個fd從epoll的隊列中刪除。
假設還須要繼續監聽這個socket的話，須要再次把這個fd添加到EPOLL隊列里

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

等待事件的產生，返回須要處理的事件的數量，並將需處理事件的套接字集合於參數events內，能夠遍歷events來處理事件。
 參數epfd為epoll句柄 events為事件集合 參數timeout是超時時間（毫秒，0會馬上返回。-1是永久堵塞）。該函數返回須要處理的事件數目。如返回0表示已超時。 

函數使用小樣例

#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 //最大長度
#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;//監聽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);//創建套接字
    ev.data.fd = listenfd;//設置與要處理事件相關的文件描寫敘述符
    ev.events = EPOLLIN;//設置要處理的事件類型

    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));//綁定套接口
    socklen_t clilen;
    listen(listenfd, LISTENQ);//轉為監聽套接字
    int n;
    while(1)
    {
        nfds = epoll_wait(epfd,events,20,500);//等待事件發生
        //處理所發生的全部事件
        for(i=0;i<nfds;i++)
        {
            if(events[i].data.fd == listenfd)//有新的連接
            {
                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;//設置監聽事件為可寫
                epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, conn_fd, &ev);//新增套接字
            }
            else if(events[i].events & EPOLLIN)//可讀事件
            {
                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("關閉\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);//改動監聽事件為可讀
            }

            else if(events[i].events & EPOLLOUT)//可寫事件
            {
                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;   
}