linux系统编程学习笔记第四章高级文件I/O（部分）

快来打我* 2023-02-26 08:25 17阅读 0赞

函数poll和select必须遍历被监视的文件描述符列表，当这个列表很大时，每次调用时的遍历时间成为瓶颈。epoll函数就是为了优化poll和select函数。

创建一个epoll实例：

#include <sys/epoll.h> 
    int epoll_create(int size)

成功时，创建了一个epoll实例，返回值为与该实例关联的文件描述符。这个文件描述符与真正的文件没有关系，仅为了后续调用使用epoll而创建。

size参数告诉内核需要监听的文件描述符数，但不是最大值，传递一个适当的近似值可带来性能的提升，但不需要给出确切数字。

函数出错时，返回-1，并将errno设为以下值：  
1.EINVAL：size不是正数。  
2.ENFILE：系统达到打开文件数的上限。  
3.ENOMEN：没有足够内存完成此次操作。

一个标准调用如下：

int epfd;
    epfd = epoll_create(100);
    if (epfd < 0) { 
        perror("epoll_create");
    }

函数epoll\_create返回的文件描述符需要调用close关闭。

向epoll上下文中加入或删除文件描述符：

#include <sys/epoll.h> 
    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

其中epoll\_event结构体定义在头文件sys/epoll.h头文件中：

struct epoll_event {  
        __u32 events;    /* events */ 
        union {  
            void *ptr; 
            int fd; 
            __u32 u32; 
            __u64 u64; 
        } data; 
    };

epoll\_ctl调用成功将关联由参数epfd指定的epoll实例和由参数fd指定的文件描述符，参数op指定对fd要进行的操作，event参数描述epoll更具体的行为。

参数op的有效值：  
1.EPOLL\_CTL\_ADD：将参数fd添加到参数epfd指定的epoll实例监听集中，监听在参数event中定义的事件。  
2.EPOLL\_CTL\_DEL：把参数fd从参数epfd的监听集中删除。  
3.EPOLL\_CTL\_MOD：使用参数event改变已有fd上的监听行为。

参数event结构体中的events成员列出了在给定文件描述符上的监听事件，多个事件可用位或运算同时指定，以下为有效值：  
1.EPOLLERR：文件出错。即使没有设置，此事件也被监听。向已经关闭的socket写时，会发生EPOLLERR。  
2.EPOLLET：在监听文件上开启边沿触发。默认为水平触发。  
3.EPOLLHUP：文件被挂起。即使没有设置，此事件也被监听。新建一个socket fd后直接加入epoll中，会上报EPOLLHUP。  
4.EPOLLIN：文件可读。  
5.EPOLLONESHOT：产生一次事件并被处理后，文件就不再被监听，之后必须用EPOLL\_CTL\_MOD指定新事件，以便重新监听文件。  
6.EPOLLOUT：文件可写。  
7.EPOLLPRI：高优先级的带外数据可读。

event参数结构体的data成员由用户使用，确定监听事件后，data成员被返回给用户，通常将event.data.fd设为fd，这样就知道哪个文件描述符触发了事件。

epoll\_ctl函数成功时返回0，失败时返回-1，并将errno置为：  
1.EBADF：参数epfd不是一个有效epoll实例，或参数fd不是一个有效文件描述符。  
2.EEXIST：参数op为EPOLL\_CTL\_ADD时，但参数fd已与参数epfd关联。  
3.EINVAL：参数epfd不是一个epoll实例、参数epfd和参数fd相同、参数op无效。  
4.ENOENT：参数op是EPOLL\_CTL\_MOD，或EPOLL\_CTL\_DEL，但参数fd没有与参数epfd相关联。  
5.ENOMEM：内存不足。  
6.EPERM：参数fd不支持epoll。

向参数epfd实例中加入一个参数fd指定的监听文件：

struct epoll_event event;
    int ret;
    event.data.fd = fd;    // return the fd to us later
    event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
    if (ret) { 
        perror("epoll_ctl");
    }

修改参数epfd实例中一个参数fd上的监听事件：

struct epoll_event event;
    int ret;
    event.data.fd = fd;  
    event.events = EPOLLIN;
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event);
    if (ret) { 
        perror("epoll_ctl");
    }

从epfd中移除一个监听的fd：

struct epoll_event event;
    int ret;
    event.data.fd = fd;
    event.events = EPOLLIN;
    ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &event);    // 2.9.6之后的内核中，此处的event参数可为NULL，这样写是为了兼容性，该指针不会被访问
    if (ret) { 
        perror("epoll_ctl");
    }

等待给定epoll实例关联的文件描述符上的事件：

#include <sys/epoll.h> 
    int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

参数timeout为等待的ms数。成功返回时，参数events指向包含多个epoll\_event结构体的内存，最多可有maxevents个。返回值是事件数，出错返回-1，并将errno置为以下值：  
1.EBADF：参数epfd是无效描述符。  
2.EFAULT：进程对参数events指向的内存无写权限。  
3.EINTR：系统调用在完成前被信号中断。  
4.EINVAL：参数epfd不是有效epoll实例，或参数maxevents小于0。

timeout参数的取值：  
0：即使没有事件发生，也立即返回。  
\-1：永久等待。

完整的使用epoll\_wait函数的例子：

#define MAX_EVENTS 64
    struct epoll_event *events;
    int nr_events, i, epfd;
    events = malloc(sizeof(struct epoll_event) * MAX_EVENTS);
    if (!events) { 
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    nr_events = epoll_wait(epfd, events, MAX_EVENTS, -1);
    if (nr_events < 0) { 
        perror("epoll_wait");
        free(events);
        return 1;
    }
    for (i = 0; i < nr_events; ++i) { 
        printf("event=%ld on fd=%d\n", events[i].events, events[i].data.fd);
    }
    free(events);

如果epoll\_ctl函数的参数event的成员events设置为EPOLLET，则fd上的监听称为边沿触发，默认为水平触发。这两者的区别以生产者消费者通过管道通信时情景举例：  
1.生产者向管道写入1kb数据。  
2.消费者在管道上调用epoll\_wait，等待pipe出现数据，从而可读。

对于水平触发的监听，步骤2里对epoll\_wait的调用将立即返回，以表明pipe可读；对于边沿触发的监听，epoll\_wait调用会在1发生后才返回，即使调用epoll\_wait时管道已经可读，调用仍然会等待，直到有数据写入，之后才返回。

水平触发也是poll和select函数的行为。