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epoll 介绍epoll 是 Linux 内核提供的一种 高效的 I/O 多路复用机制，用于处理大量的并发连接。它是 select() 和 poll() 系列 I/O 多路复用函数的现代替代方案，旨在解决传统方法在高并发环境下的性能瓶颈问题。通过 epoll，一个进程可以同时监控多个文件描述符，以高效地处理大量的 I/O 事件（如网络连接、文件 I/O 等）。
epoll？select 和 poll 会遭遇性能瓶颈。例如，select 和 poll 需要每次调用时遍历所有的文件描述符，随着文件描述符数量的增加，性能会显著下降。而 epoll 通过事件驱动的方式，避免了这种性能瓶颈。epoll 使用了 内核级的事件通知机制，使得只有在有事件发生时才进行处理，减少了资源消耗，避免了不断轮询的浪费。epoll 的优势epoll 在处理大量并发连接时比 select 和 poll 更加高效，尤其在连接数目非常庞大的情况下，epoll 的性能优势尤为明显。select 和 poll 需要每次遍历所有文件描述符，而 epoll 通过通知机制，避免了这种遍历，事件只有在发生时才会通知应用程序。select 和 poll 受到文件描述符数量的限制（如 select 一般最多支持 1024 个文件描述符），而 epoll 没有这样的限制，能够支持数万甚至更多的文件描述符。epoll 在内核中维护了一个事件表，用户程序只需要对发生的事件进行处理，不需要重复操作内核数据结构，从而避免了不必要的上下文切换。epoll 支持两种触发模式：
epoll 的工作原理epoll 基本的工作流程如下：
epoll_create 或 epoll_create1 创建一个 epoll 实例，它会返回一个文件描述符，该文件描述符用于之后的事件通知和处理。epoll_ctl 将需要监控的文件描述符和对应的事件类型（如可读、可写）注册到 epoll 实例中。当监控的文件描述符有事件发生时，内核会通知应用程序。epoll_wait 来等待发生的事件。epoll_wait 会阻塞，直到有事件发生或者超时。epoll_wait 会返回有事件的文件描述符，应用程序可以根据这些文件描述符进行读取、写入或者其他处理。epoll_ctl 可以取消对文件描述符的监控，或者修改文件描述符的事件类型。epoll 的核心 APIepoll 提供了三个主要的系统调用接口：
epoll_create / epoll_create1： 创建一个 epoll 实例，返回一个文件描述符用于后续的事件操作。
int epoll_create(int size); // 已弃用
int epoll_create1(int flags); // 推荐使用
size：为旧版 epoll_create 保留参数，用于设置 epoll 内部的事件表大小，通常可以忽略。flags：指定创建时的一些标志，通常为 EPOLL_CLOEXEC。epoll_ctl： 用于向 epoll 实例中添加、修改或删除文件描述符的监控事件。
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
epfd：由 epoll_create 或 epoll_create1 返回的文件描述符。op：操作类型，常用的有：
EPOLL_CTL_ADD：添加文件描述符。EPOLL_CTL_MOD：修改文件描述符。EPOLL_CTL_DEL：删除文件描述符。fd：要监控的文件描述符。event：包含事件类型的结构体 epoll_event，用于指定要监听的事件（如 EPOLLIN、EPOLLOUT 等）。epoll_wait： 用于等待并返回已经准备好的事件。
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
epfd：由 epoll_create 或 epoll_create1 返回的文件描述符。events：存储返回的事件。maxevents：最大事件数，限制返回的事件数量。timeout：阻塞时间，单位是毫秒。可以设置为：
-1：无限期阻塞，直到有事件发生。0：非阻塞，立即返回。epoll 事件类型epoll 支持多种事件类型，可以通过 epoll_event 结构体来指定要监听的事件类型。常见的事件类型包括：
EPOLLIN：表示对应的文件描述符可以进行读取操作（如 TCP 连接可读）。EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以进行写入操作（如 TCP 连接可写）。EPOLLERR：表示文件描述符发生错误。EPOLLHUP：表示文件描述符被挂起。EPOLLET：启用边缘触发模式（Edge Triggered），与 EPOLLIN 和 EPOLLOUT 结合使用。EPOLLONESHOT：每次事件触发后自动取消该事件的监控，需要重新注册。下面是一个使用 epoll 实现的简单 TCP 服务器：
#include <sys/epoll.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_EVENTS 10
int main() {
int epoll_fd, nfds;
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
// 创建 epoll 实例
epoll_fd = epoll_create1(0);
if (epoll_fd == -1) {
perror("epoll_create1");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建 TCP socket
int listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listen_fd == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置 socket 地址
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
server_addr.sin_port = htons(8080);
// 绑定和监听
if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("bind");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (listen(listen_fd, 10) == -1) {
perror("listen");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置监听文件描述符为非阻塞
fcntl(listen_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
// 注册监听事件
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.fd = listen_fd;
if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ev) == -1) {
perror("epoll_ctl: listen_fd");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 事件循环
while (1) {
nfds = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds == -1) {
perror("epoll_wait");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (int n = 0; n < nfds; n++) {
if (events[n].data.fd == listen_fd) {
// 新连接
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
int client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
if (client_fd == -1) {
perror("accept");
continue;
}
// 设置客户端 socket 为非阻塞
fcntl(client_fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
// 注册客户端的读取事件
ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
ev.data.fd = client_fd;
if (epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, client_fd, &ev) == -1) {
perror("epoll_ctl: client_fd");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else if (events[n].events & EPOLLIN) {
// 读取数据
char buf[512];
int len = read(events[n].data.fd, buf, sizeof(buf));
if (len == -1) {
perror("read");
close(events[n].data.fd);
} else if (len == 0) {
// 客户端关闭连接
close(events[n].data.fd);
} else {
printf("Received: %.*s", len, buf);
write(events[n].data.fd, buf, len); // Echo back
}
}
}
}
close(listen_fd);
close(epoll_fd);
return 0;
}
### **总结**
`epoll` 是 Linux 提供的一个高效的事件驱动的 I/O 多路复用机制，它通过内核级的事件通知来替代传统的 `select` 和 `poll`，具有更高的性能，特别是在处理大量并发连接时。`epoll` 支持两种触发模式：水平触发和边缘触发，适用于高并发和高性能的网络应用。