IO多路复用---EPOLL
一、select、poll、epoll核心特点对比
1、三者均用于监测多个文件描述符（fd）的事件，但在存储方式、性能、功能支持上差异显著，具体对比如下：
| 对比维度 | select | poll | epoll |
|---|---|---|---|
| 文件描述符存储方式 | 位图（数组） | 链表 | 红黑树（二叉树，内核层维护） |
| 监测fd上限 | 最多1024个 | 无上限 | 无上限（红黑树提升查找效率） |
| 应用层-内核层数据拷贝 | 需反复拷贝（fd集合表） | 需反复拷贝（fd集合表） | 无需反复拷贝（fd集合创建在内核层） |
| 事件查找方式 | 需遍历返回的集合表找到达事件 | 需遍历返回的集合表找到达事件 | 直接返回到达的事件，无需遍历 |
| 触发模式支持 | 仅水平触发（低速模式） | 仅水平触发（低速模式） | 水平触发（低速）+ 边沿触发（高速） |
2、水平触发与边沿触发
文档提及“水平触发与边沿触发的区别”，但未展开细节，仅明确：
- 水平触发（低速模式）：select、poll、epoll均支持，适合对实时性要求不高的场景。
- 边沿触发（高速模式）：仅epoll支持，适合高并发、低延迟的高速场景。
二、epoll的具体实现（函数与结构体）
epoll通过3个核心函数完成“创建fd集合-操作fd-监测事件”的流程，配合特定结构体传递事件信息，细节如下：
1. 核心结构体定义
用于描述fd对应的事件类型与关联数据：
// 数据联合体：存储与fd关联的用户数据
typedef union epoll_data { void *ptr; // 指针（自定义数据） int fd; // 关注的文件描述符（常用） uint32_t u32; // 32位无符号整数 uint64_t u64; // 64位无符号整数
} epoll_data_t; // epoll事件结构体：描述fd的事件类型与关联数据
struct epoll_event { uint32_t events; // 事件类型（读/写等） epoll_data_t data; // 关联的用户数据（常用data.fd表示关注的fd）
};
其中，events支持的核心事件类型：
EPOLLIN：读事件（fd可读取数据）EPOLLOUT：写事件（fd可写入数据）
2. epoll工作流程
- 调用
epoll_create创建内核层fd集合，获取epfd。 - 调用
epoll_ctl（op=EPOLL_CTL_ADD）将需监测的fd及事件添加到集合。 - 调用
epoll_wait通知内核监测事件，阻塞等待事件到达。 epoll_wait返回后，从events数组中获取到达的事件。- 根据事件类型（读/写）处理对应任务。
3. 核心函数
（1）创建epoll fd集合：epoll_create
- 功能：通知内核创建一个用于存储fd的集合（内核维护）。
- 参数：
size- 计划监测的fd个数（仅为提示，无实际限制）。 - 返回值：
- 成功：返回代表该集合的文件描述符（epfd）。
- 失败：返回-1。
（2）操作epoll集合（增/删/改fd）：epoll_ctl
- 功能：对已创建的epoll集合（epfd）进行fd的添加、修改、删除操作。
- 参数：
epfd：通过epoll_create创建的集合描述符。op：操作类型（3种）：EPOLL_CTL_ADD：向集合添加fd。EPOLL_CTL_MOD：修改集合中已存在fd的事件。EPOLL_CTL_DEL：从集合中删除fd。
fd：需要操作的目标文件描述符。event：指向struct epoll_event的指针，描述fd的事件类型与关联数据。
- 返回值：
- 成功：返回0。
- 失败：返回-1。
（3）监测事件：epoll_wait
- 功能：通知内核开始监测epoll集合中fd的事件，阻塞等待事件发生或超时。
- 参数：
epfd：需监测的epoll集合描述符。events：指向struct epoll_event数组的指针，用于存储返回的到达事件。maxevents：events数组的最大容量（即最多接收的事件个数）。timeout：超时时间（单位未明确，通常为毫秒）：-1：不设置超时，一直阻塞等待事件。- 其他值：超时后返回（即使无事件）。
- 返回值：
- 成功：返回实际到达的事件个数。
- 失败：返回-1。
4.代码练习
从终端和管道中获取数据并且输出
#include "head.h"#define MAX_FD_CNT 2 int epoll_fd_add(int spfds, int fd, uint32_t events)
{struct epoll_event ev;ev.events = events;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(spfds, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if(ret < 0){perror("epoll_ctl error");return -1;}return 0;
}int main(int argc, char const *argv[])
{char buff [1024] = {0};mkfifo("./wrfifo", 0664);int fifofd = open("./wrfifo", O_RDONLY);if(fifofd < 0){perror("open fifo error");return -1;}// 创建集合int epfds = epoll_create(MAX_FD_CNT);if(epfds <0){perror("create error");return -1;}// 封装函数添加epoll_fd_add(epfds, 0, EPOLLIN);epoll_fd_add(epfds, fifofd, EPOLLIN);// 保存到达事件的集合struct epoll_event evs[MAX_FD_CNT];while(1){// 阻塞等待事件到达int cnt = epoll_wait(epfds, evs, MAX_FD_CNT, -1);if(cnt < 0){perror("epoll_wait error");return -1;}for(int i = 0; i <cnt; i++){if(0 == evs[i].data.fd){fgets(buff, sizeof(buff), stdin);printf("STDIN : %s\n", buff);}else if(fifofd == evs[i].data.fd){memset(buff, 0, sizeof(buff));read(evs[i].data.fd, buff, sizeof(buff));printf("FIFO : %s\n", buff);}}}close(fifofd);return 0;
}
向管道中写入数据
#include "head.h"int main(int argc, char const *argv[])
{mkfifo("./wrfifo", 0664);int fd = open("./wrfifo", O_WRONLY);if(fd < 0){perror("open error");return -1;}while(1){write(fd, "China", strlen("China"));sleep(1);}close(fd);return 0;
}
从网络套接字中获取数据
#include "head.h"#define SER_PORT 50000
#define SER_ID "192.168.0.164"
#define MAX_FD_CNT 10086 int init_tcp_ser()
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(SER_PORT);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_ID);int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("bind error");return -1; }ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listen error");return -1;}return sockfd;
}int epoll_fd_add(int spfds, int fd, uint32_t events)
{struct epoll_event ev;ev.events = events;ev.data.fd = fd;int ret = epoll_ctl(spfds, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);if(ret < 0){perror("epoll_ctl error");return -1;}return 0;
}// 删除
int epoll_fd_del(int spfds, int fd, uint32_t events)
{int ret = epoll_ctl(spfds, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);if(ret < 0){perror("epoll_ctl error");return -1;}return 0;
}int main(int argc, char const *argv[])
{char buff[1024] = {0};struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int sockfd = init_tcp_ser();if(sockfd < 0){return -1;}// 创建集合int epfds = epoll_create(MAX_FD_CNT);if(epfds <0){perror("create error");return -1;}// 封装函数添加epoll_fd_add(epfds, sockfd, EPOLLIN);// 保存到达事件的集合struct epoll_event evs[MAX_FD_CNT];while(1){int cnt = epoll_wait(epfds, evs, MAX_FD_CNT, -1);if(cnt < 0){perror("epoll_wait error");return -1;}for(int i = 0; i < cnt; i++){if(sockfd == evs[i].data.fd){int connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if(connfd < 0){perror("accept error");close (sockfd);return -1;}epoll_fd_add(epfds, connfd, EPOLLIN);}else{memset(buff, 0, sizeof(buff));ssize_t num = recv(evs[i].data.fd, buff, sizeof(buff), 0);if(num < 0){perror("recv error");epoll_fd_del(epfds, evs[i].data.fd, EPOLLIN); // i 错误 ，从集合中删除iclose(evs[i].data.fd); // 先删除再关闭continue; // 不能使用 break return}else if (num == 0){epoll_fd_del(epfds, evs[i].data.fd, EPOLLIN);close(evs[i].data.fd);continue; }printf("%s\n", buff);strcat(buff , "-----> ok");num = send(evs[i].data.fd, buff, sizeof(buff), 0);if(num < 0){perror("send error");epoll_fd_del(epfds, evs[i].data.fd, EPOLLIN); close(evs[i].data.fd);continue;}printf("%s\n", buff);}} }close(sockfd);return 0;
}