C++后端网络IO模型 epoll

本文主要是介绍C++后端网络IO模型 epoll，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

概念初探

epoll是一种I/O事件通知机制，是linux 内核实现IO多路复用的一个实现。

IO多路复用是指，在一个操作里同时监听多个输入输出源，在其中一个或多个输入输出源可用的时候返回，然后对其的进行读写操作。

I/O

输入输出(input/output)的对象可以是文件(file)，网络(socket)，进程之间的管道(pipe)。在linux系统中，都用文件描述符(fd)来表示。

事件

可读事件，当文件描述符关联的内核读缓冲区可读，则触发可读事件。

(可读：内核缓冲区非空，有数据可以读取)

可写事件，当文件描述符关联的内核写缓冲区可写，则触发可写事件。

(可写：内核缓冲区不满，有空闲空间可以写入）

通知机制

通知机制，就是当事件发生的时候，则主动通知。通知机制的反面，就是轮询机制。

epoll的通俗解释

结合以上三条，epoll的通俗解释是一种当文件描述符的内核缓冲区非空的时候，发出可读信号进行通知，当写缓冲区不满的时候，发出可写信号通知的机制

epoll的API详解

epoll的核心是3个API，核心数据结构是：1个红黑树和1个链表

int epoll_create(int size)

内核会产生一个epoll 实例数据结构并返回一个文件描述符，这个特殊的描述符就是epoll实例的句柄，后面的两个接口都以它为中心（即epfd形参）。

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

将被监听的描述符添加到红黑树或从红黑树中删除或者对监听事件进行修改

epfd：epoll_create返回值

op:

EPOLL_CTL_ADD：向interest list添加一个需要监视的描述符

EPOLL_CTL_DEL：从interest list中删除一个描述符

EPOLL_CTL_MOD：修改interest list中一个描述符

fd:需要监听的fd

event：

EPOLLIN：描述符处于可读状态

EPOLLOUT：描述符处于可写状态

EPOLLET：将epoll event通知模式设置成edge triggered

EPOLLONESHOT：第一次进行通知，之后不再监测

EPOLLHUP：本端描述符产生一个挂断事件，默认监测事件

EPOLLRDHUP：对端描述符产生一个挂断事件

EPOLLPRI：由带外数据触发

EPOLLERR：描述符产生错误时触发，默认检测事件

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

epoll的两种触发方式

epoll监控多个文件描述符的I/O事件。epoll支持边缘触发(edge trigger，ET)或水平触发（level trigger，LT)，通过epoll_wait等待I/O事件，如果当前没有可用的事件则阻塞调用线程。

1.水平触发的时机

对于读操作，只要缓冲内容不为空，LT模式返回读就绪。

对于写操作，只要缓冲区还不满，LT模式会返回写就绪。

当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据一次性全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用 epoll_wait()时，它还会通知你在上没读写完的文件描述符上继续读写，当然如果你一直不去读写，它会一直通知你。如果系统中有大量你不需要读写的就绪文件描述符，而它们每次都会返回，这样会大大降低处理程序检索自己关心的就绪文件描述符的效率。

2.边缘触发的时机

对于读操作

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的时候。

当有新数据到达时，即缓冲区中的待读数据变多的时候。

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。

对于写操作

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。

当被监控的文件描述符上有可读写事件发生时，epoll_wait()会通知处理程序去读写。如果这次没有把数据全部读写完(如读写缓冲区太小)，那么下次调用epoll_wait()时，它不会通知你，也就是它只会通知你一次，直到该文件描述符上出现第二次可读写事件才会通知你。这种模式比水平触发效率高，系统不会充斥大量你不关心的就绪文件描述符。