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Linux中有很多I/O多路復(fù)用的機(jī)制，其中epoll是比較常用的一種。epoll可以用來監(jiān)聽一個文件描述符，當(dāng)其中任意一個文件描述符有數(shù)據(jù)可讀或可寫時，會通過回調(diào)函數(shù)通知應(yīng)用程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。在高并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編程中，使用epoll可以大幅度提高程序的并發(fā)性和響應(yīng)速度。本文將介紹使用epoll進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程的相關(guān)知識和使用方法。
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一、epoll的工作原理
epoll的工作原理相對于其他I/O多路復(fù)用機(jī)制而言比較復(fù)雜。當(dāng)我們調(diào)用epoll_create函數(shù)時，會返回一個文件描述符epfd。我們可以通過epoll_ctl函數(shù)來向epfd中添加或刪除文件描述符，或者對其進(jìn)行一些控制操作。當(dāng)我們需要對epfd的所有文件描述符進(jìn)行監(jiān)聽時，可以調(diào)用epoll_wt函數(shù)，該函數(shù)會一直阻塞直到有文件描述符有數(shù)據(jù)可讀或可寫。
二、epoll的優(yōu)點(diǎn)
epoll的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1. 支持大量的并發(fā)連接，可以監(jiān)聽上萬個文件描述符。
2. 支持高效的事件通知機(jī)制，當(dāng)有文件描述符有數(shù)據(jù)可讀或可寫時，會立即通知應(yīng)用程序。
3. 支持邊緣觸發(fā)和水平觸發(fā)兩種模式，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
4. 支持使用epoll_ctl函數(shù)對監(jiān)聽的文件描述符進(jìn)行添加、刪除和修改操作，非常靈活。
三、epoll的使用方法
1. 創(chuàng)建epoll對象
我們可以通過epoll_create函數(shù)來創(chuàng)建epoll對象，該函數(shù)會返回一個文件描述符epfd，該描述符用來操作epoll對象。
“`
#include
int epoll_create(int size);
“`
參數(shù)size指定epoll對象中能夠監(jiān)聽的文件描述符數(shù)量，該參數(shù)在Linux 2.6.8以后已經(jīng)不再使用。如果該參數(shù)被設(shè)置為0，則epoll_create函數(shù)會自動根據(jù)系統(tǒng)的默認(rèn)值創(chuàng)建epoll對象。
2. 向epoll對象中添加文件描述符
我們可以通過epoll_ctl函數(shù)向epoll對象中添加或刪除文件描述符，或者修改其監(jiān)聽事件的屬性。
“`
#include
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
“`
參數(shù)epfd指定了需要操作的epoll對象的文件描述符，參數(shù)op指定了操作類型，參數(shù)fd表示需要監(jiān)聽的文件描述符，參數(shù)event則描述了需要監(jiān)聽的事件類型。
下面是event結(jié)構(gòu)體的定義：
“`
struct epoll_event {
uint32_t events; /* 監(jiān)聽的事件類型，可以是EPOLLIN、EPOLLOUT、EPOLLRDHUP等 */
epoll_data_t data; /* 回調(diào)函數(shù)參數(shù) */
};
“`
我們可以通過events參數(shù)指定需要監(jiān)聽的事件類型，比如數(shù)據(jù)可讀、數(shù)據(jù)可寫、關(guān)閉連接等。在使用epoll的過程中，常常要用到以下幾種事件類型：
“`
EPOLLIN：表示文件可讀。
EPOLLOUT：表示文件可寫。
EPOLLERR：表示文件出現(xiàn)錯誤。
EPOLLRDHUP：表示文件的連接被斷開。
EPOLLHUP：表示連接被掛起。
“`
3. 進(jìn)行epoll_wt監(jiān)聽
我們可以通過epoll_wt函數(shù)監(jiān)聽epoll對象中的文件描述符，當(dāng)有文件描述符有數(shù)據(jù)可讀或可寫時，會立即通知應(yīng)用程序。
“`
#include
int epoll_wt(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
“`
參數(shù)epfd指定了需要監(jiān)聽的epoll對象的文件描述符，參數(shù)events用來存儲已經(jīng)發(fā)生事件的文件描述符和事件類型，參數(shù)maxevents表示更大需要監(jiān)聽的事件數(shù)量，參數(shù)timeout表示epoll_wt函數(shù)的超時時間。
epoll_wt函數(shù)會阻塞直到有文件描述符有數(shù)據(jù)可讀或可寫。當(dāng)epoll_wt函數(shù)返回時，events參數(shù)中存儲的就是已經(jīng)發(fā)生的事件。
4. 處理epoll_wt返回的事件
在使用epoll進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程時，常常需要在epoll_wt返回后對事件進(jìn)行處理。通常的做法是遍歷事件列表，針對每個事件單獨(dú)進(jìn)行處理。
下面是一個示例代碼：
“`
struct epoll_event events[1024];
int nfds = epoll_wt(epfd, events, 1024, -1);
for (int i = 0; i
int sockfd = events[i].data.fd;
if (events[i].events & EPOLLIN) { // 可讀事件
// 處理數(shù)據(jù)讀取邏輯
} else if (events[i].events & EPOLLOUT) { // 可寫事件
// 處理數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯
} else {
// 處理其他事件，比如連接關(guān)閉、連接錯誤等
}
}
“`
在實(shí)際使用中，我們還需要關(guān)閉文件描述符、重新注冊事件等一些操作。但以上代碼已經(jīng)涵蓋了epoll的基本使用方法。
四、
相關(guān)問題拓展閱讀：
- Linux中select poll和epoll的區(qū)別
- 淺談Android之Linux pipe/epoll
Linux中select poll和epoll的區(qū)別
在
select/poll中，進(jìn)程只有在調(diào)用一定的方法后，內(nèi)核才對所有監(jiān)視的文件描述符進(jìn)行掃描，而epoll事先通過epoll_ctl()來注冊一
個文件描述符，一旦基于某個文件描述符就緒時，內(nèi)核會采用類似callback的回調(diào)機(jī)制伍歷寬爛桐，迅速激活這腔亮個文件描述符，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用epoll_wait()
時便得到通知。
淺談Android之Linux pipe/epoll
管道
管道的概念：
管道是一種最基本的IPC機(jī)制，作用于有血緣關(guān)系的進(jìn)程之間臘仔掘，完成數(shù)據(jù)傳遞。調(diào)用pipe系統(tǒng)函數(shù)即可創(chuàng)建一個管道。有如下特質(zhì)：
1. 其本質(zhì)是一個偽文件(實(shí)為內(nèi)核緩沖區(qū))
2. 由兩個文件描述符引用，一個表示讀端，一個表示寫端。
3. 規(guī)定數(shù)據(jù)從管道的寫端流入管道，從讀端流出。
管道的原理: 管道實(shí)為內(nèi)核使用環(huán)形隊列機(jī)制，借助內(nèi)核緩沖區(qū)(4k)實(shí)現(xiàn)。
管道的局限性：
① 數(shù)據(jù)自己讀不能自己寫。
② 數(shù)據(jù)一旦被讀走，便不在管道中存在，不可反復(fù)讀取。
③ 由于管道采用半雙工通信方式。因此，數(shù)據(jù)只能在一個方向上流動。
④ 只能在有公共祖先的進(jìn)程間使用管道。
常見的通信方式有，單工通信、半雙工通信、全雙工通信。
簡單來說這個管道是一個文件,但又和普通輪核文件不通:管道緩沖區(qū)大小一般為1頁，即4K字節(jié),管道分讀端和寫端，讀端負(fù)責(zé)從管道拿數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)為空時則阻塞；寫端向管道寫數(shù)據(jù)，當(dāng)管道緩存區(qū)滿時則阻塞。
pipe函數(shù)
創(chuàng)建管道
int pipe(int pipefd); 成功：0；失?。?1，設(shè)置errno
函數(shù)調(diào)用成功返回r/w兩個文件描述符。無需open，但需手動close。規(guī)定：fd → r； fd → w，就像0對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸入，1對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)輸出一樣。向管道文件讀寫數(shù)據(jù)其實(shí)是在讀寫內(nèi)核緩沖區(qū)。
管道創(chuàng)建成功以后，創(chuàng)建該管道的進(jìn)程（父進(jìn)程）同時掌握著管道的讀端和寫端。如何實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程間通信呢？通?？梢圆捎萌缦虏襟E：
1. 父進(jìn)程調(diào)用pipe函數(shù)創(chuàng)建管道，得到兩個文件描述符fd、fd指向管道的讀端和寫端。
2. 父進(jìn)程調(diào)用fork創(chuàng)建子進(jìn)程，那么子進(jìn)程也有兩個文件描述符指向同一管道。
3. 父進(jìn)程關(guān)閉管道讀端，子進(jìn)程關(guān)閉管道寫端。父進(jìn)程可以向管道中寫入數(shù)據(jù)，子進(jìn)程將管道中的數(shù)據(jù)讀出。由于管道戚芹是利用環(huán)形隊列實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間通信。
管道的讀寫行為
使用管道需要注意以下4種特殊情況（假設(shè)都是阻塞I/O操作，沒有設(shè)置O_NONBLOCK標(biāo)志）：
1. 如果所有指向管道寫端的文件描述符都關(guān)閉了（管道寫端引用計數(shù)為0），而仍然有進(jìn)程從管道的讀端讀數(shù)據(jù)，那么管道中剩余的數(shù)據(jù)都被讀取后，再次read會返回0，就像讀到文件末尾一樣。
2. 如果有指向管道寫端的文件描述符沒關(guān)閉（管道寫端引用計數(shù)大于0），而持有管道寫端的進(jìn)程也沒有向管道中寫數(shù)據(jù)，這時有進(jìn)程從管道讀端讀數(shù)據(jù)，那么管道中剩余的數(shù)據(jù)都被讀取后，再次read會阻塞，直到管道中有數(shù)據(jù)可讀了才讀取數(shù)據(jù)并返回。
3. 如果所有指向管道讀端的文件描述符都關(guān)閉了（管道讀端引用計數(shù)為0），這時有進(jìn)程向管道的寫端write，那么該進(jìn)程會收到信號SIGPIPE，通常會導(dǎo)致進(jìn)程異常終止。當(dāng)然也可以對SIGPIPE信號實(shí)施捕捉，不終止進(jìn)程。具體方法信號章節(jié)詳細(xì)介紹。
4. 如果有指向管道讀端的文件描述符沒關(guān)閉（管道讀端引用計數(shù)大于0），而持有管道讀端的進(jìn)程也沒有從管道中讀數(shù)據(jù)，這時有進(jìn)程向管道寫端寫數(shù)據(jù)，那么在管道被寫滿時再次write會阻塞，直到管道中有空位置了才寫入數(shù)據(jù)并返回。
總結(jié)：
① 讀管道： 1. 管道中有數(shù)據(jù)，read返回實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)。
2. 管道中無數(shù)據(jù)：
(1) 管道寫端被全部關(guān)閉，read返回0 (好像讀到文件結(jié)尾)
(2) 寫端沒有全部被關(guān)閉，read阻塞等待(不久的將來可能有數(shù)據(jù)遞達(dá)，此時會讓出cpu)
② 寫管道： 1. 管道讀端全部被關(guān)閉， 進(jìn)程異常終止(也可使用捕捉SIGPIPE信號，使進(jìn)程不終止)
2. 管道讀端沒有全部關(guān)閉：
(1) 管道已滿，write阻塞。
(2) 管道未滿，write將數(shù)據(jù)寫入，并返回實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。
Epoll的概念
Epoll可以使用一次等待監(jiān)聽多個描述符的可讀/可寫狀態(tài).等待返回時攜帶了可讀的描述符或者自定義的數(shù)據(jù).不需要為每個描述符創(chuàng)建獨(dú)立的線程進(jìn)行阻塞讀取,
Linux系統(tǒng)中的epoll機(jī)制為處理大批量句柄而作了改進(jìn)的poll，是Linux下多路復(fù)用IO接口select/poll的增強(qiáng)版本，它能顯著減少程序在大量并發(fā)連接中只有少量活躍的情況下的系統(tǒng)CPU利用率
(01) pipe(wakeFds)，該函數(shù)創(chuàng)建了兩個管道句柄。
(02) mWakeReadPipeFd=wakeFds，是讀管道的句柄。
(03) mWakeWritePipeFd=wakeFds 1 ，是寫管道的句柄。
(04) epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT)是創(chuàng)建epoll句柄。
(05) epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem)，它的作用是告訴mEpollFd，它要監(jiān)控mWakeReadPipeFd文件描述符的EPOLLIN事件，即當(dāng)管道中有內(nèi)容可讀時，就喚醒當(dāng)前正在等待管道中的內(nèi)容的線程。
回到Android中的epoll大致流程如下:?
Looper.loop -> MessageQueue.nativePollOnce
epoll_create() epoll_ctl() 注冊事件的回調(diào)
looper.pollInner() -> epoll_wait() 等待接受事件喚醒的回調(diào)
MessageQueue.enqueueMessage(Message msg, long when) -> MessageQueue.nativeWake(long ptr)
參考鏈接如下
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本文標(biāo)題：深入淺出：Linux中epoll庫之使用方法(linuxepoll庫)
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