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【Linux高级IO（二）】初识epoll

news 来源：原创 2025/8/24 4:48:49

1、epoll的接口

2、epoll原理

3、epoll工作方式

1、epoll的接口

#include <sys/epoll.h>

1、int epoll_create(int size) ：创建epoll模型

返回值是一个文件描述符，创建一个struct file结构体，指向epoll模型，返回的是在进程文件描述符表中的一个fd，通过这个fd就能找到epoll模型。

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

：监听文件描述符上的事件并返回就绪的事件列表

是在关联就绪队列

作用：事件等待:epoll_wait可以让程序在不使用忙等待的情况下，高效地等待多个文件描述符上的 I/O 事件。通过设置合适的timeout参数，程序可以根据需求进行阻塞等待或非阻塞等待。事件收集：一旦有文件描述符就绪，epoll_wait会将这些就绪事件的详细信息填充到events数组中。events数组的每个元素是一个struct epoll_event结构体，包含了事件的类型（如EPOLLIN表示可读，EPOLLOUT表示可写）以及与之关联的数据（通常是文件描述符）。函数返回值表示就绪事件的数量，通过遍历events数组，程序可以获取每个就绪文件描述符的具体信息，并进行相应的处理 。高效处理大量并发连接：在处理大量并发连接的场景中，如网络服务器，epoll_wait的优势尤为明显。相比于传统的select和poll函数，epoll使用了事件驱动的机制，采用红黑树和链表的数据结构，使得在处理大量文件描述符时，其时间复杂度为 O (1)，而select和poll的时间复杂度为 O (n)。这意味着epoll_wait可以更高效地处理大量并发连接，减少 CPU 资源的消耗。

第一个参数：epoll_create 的返回值

第二个：它是一个指向 struct epoll_event 结构体数组的指针。当 epoll_wait 检测到有事件发生时，会将这些事件的相关信息填充到这个数组中。每个 struct epoll_event 结构体包含了事件的类型和与之关联的数据（通常是文件描述符）

第三个： events 数组的最大长度，也就是 epoll_wait 最多能返回的事件数量

第四个：

当 timeout 为 -1 时，epoll_wait 会一直阻塞，直到有事件发生才会返回。
当 timeout 为 0 时，epoll_wait 会立即返回，即使没有事件发生。
当 timeout 为一个正整数时，epoll_wait 会在该时间内阻塞等待事件发生，如果在超时时间内没有事件发生，函数将返回 0。

返回值：已经就绪的fd的个数

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

：新增一个文件描述符，及修改其要关心的事件

是在对红黑树增删改

第一个：epoll_create 的返回值

第二个：选项

第三、四个：哪个文件描述符，上的哪些事件

struct epoll_event结构：

struct epoll_event ev;

ev.events = event;

ev.data.fd = sock;

n = epoll_ctl(_epfd,oper,sock,&ev);

event可以使用几个宏的集合：

2、epoll原理

OS在硬件层面，怎么知道网卡上有数据呢？硬件中断

1、在内部维护一颗红黑树

struct rb_node

{
int fd;//内核要关心的fd

uint32_t event;// 要关心的事件

//链接字段

}

2、就绪队列（双链表）某个节点的事件就绪了，就将他链入就绪对列中。

struct list_node

{
int fd;//已经就绪的fd

uint32_t event; //已经就绪的事件

}

3、OS内部提供回调函数底层网卡有数据就绪了，自动调用回调

1、向上交付 2、将数据交付给tcp的接收缓冲区 3、查找rb_tree, 看fd，并且看有没有关心EPOLLIN或者EPOLLOUT 4、如果有，构建就绪节点，插入到就绪队列中

用户只需要从就绪队列中获取就绪节点即可！！

上面三套就是epoll模型。

Epoller.hpp

#pragma once#include "nocopy.hpp"
#include <cerrno>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include "Log.hpp"class Epoller : public nocopy //类Epoller继承自nocopy类，类Epoller对象不能被拷贝和复值
{static const int size = 128;
public:Epoller(){_epfd = epoll_create(size); //创建epoll模型 返回一个文件描述符if(_epfd == -1){lg(Error,"epoll_create error: %s", strerror(errno));}else{lg(Info,"epoll_create success: %d", _epfd);}}int EpollerWait(struct epoll_event revents[], int num)  //传一个数组和数组大小就ok{int n = epoll_wait(_epfd,revents, num, _timeout);//等待epoll实例_epfd上的事件发生，将发生的事件存储在revents数组中，//最多存储num个事件 ，超时事件为_timeout毫秒  返回事件发生的数量//---解释---第二个参数是指向结构体数组的指针 当检测到有事件发生时，就会将事件的信息：fd、事件类型填充到结构体中return n;}int EpollerUpdate(int oper,int sock,uint32_t event) //修改epoll实例上的文件描述符的监听事件{int n = 0;if(oper == EPOLL_CTL_DEL){n = epoll_ctl(_epfd, oper, sock, nullptr);//从epoll实例中删除指定文件描述符sockif(n != 0){lg(Error, "epoll_ctl delete error!");}}else{struct epoll_event ev;ev.events = event;ev.data.fd = sock;n = epoll_ctl(_epfd,oper,sock,&ev);//通过新增调用 向红黑树中新增节点 让节点和底层队列产生关联if(n != 0){lg(Error, "epoll_ctl error!");}}return 0;}~Epoller(){if(_epfd >= 0)close(_epfd);}
private:int _epfd;int _timeout{3000};
};

EpollerServer.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <memory>
#include "Socket.hpp"
#include "Epoller.hpp"
#include "Log.hpp"
#include "nocopy.hpp"uint32_t EVENT_IN = (EPOLLIN);
uint32_t EVENT_OUT = (EPOLLOUT);class EpollServer : public nocopy
{static const int num = 64;
public:EpollServer(uint16_t port):_port(port),_listsocket_ptr(new Sock()), _epller_ptr(new Epoller()){}void Init(){_listsocket_ptr->Socket();//创建套接字_listsocket_ptr->Bind(_port);//将套接字绑定到指定的端口_listsocket_ptr->Listen();//将套接字设置为监听状态lg(Info, "create listen socket success: %d\n", _listsocket_ptr->Fd());}void Accepter() //处理新的客户端连接{//获取新连接std::string clientip;uint16_t clientport;int sock = _listsocket_ptr->Accept(&clientip,&clientport);if(sock > 0){//不需要阻塞  因为这些是已经就绪的//但是不能立马读  建立连接了并不代表有数据//这个文件描述符上到底有没有新数据到来，只有epoll最清楚_epller_ptr->EpollerUpdate(EPOLL_CTL_ADD, sock, EVENT_IN);}}void Recver(int fd){char buffer[1024];ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer) -1);if(n > 0)//读取成功{buffer[n] = 0; //在缓冲区末尾加字符串结束符std::cout << "get a message:" << buffer << std::endl;//writestd::string echo_str = "server echo $";echo_str += buffer;write(fd,echo_str.c_str(), echo_str.size());}else if(n == 0) //读取长度为0，客户端已经将连接关闭了{_epller_ptr->EpollerUpdate(EPOLL_CTL_DEL,fd,0);//从epoll中移除时必须保证这是一个合法的文件描述符 所以先移除再关close(fd); }else{_epller_ptr->EpollerUpdate(EPOLL_CTL_DEL,fd,0);//从epoll中移除时必须保证这是一个合法的文件描述符 所以先移除再关close(fd); }}void Dispatcher(struct epoll_event revs[], int num) //传入的是所有已经就绪的文件描述符和对应的事件{for(int i = 0; i < num; i++){uint32_t events = revs[i].events;int fd = revs[i].data.fd; //拿到是哪个文件描述符就绪了if(events & EVENT_IN) //当前事件是可读事件{//将监听套接字的文件描述符添加到 epoll 实例中，并关注其可读事件（EPOLLIN）。//当有新的客户端连接请求到达时，监听套接字就会变得可读，//epoll 会检测到这个事件并将其作为就绪事件返回给服务器if(fd == _listsocket_ptr->Fd())//当前文件描述符是监听套接字的描述符，表示有新的客户端连接请求{//服务器根据文件描述符判断是监听套接字可读是，就知道有新连接到来//当有新连接到来，监听套接字就会变的可读，epoll就会检测到监听套接字上的可读事件，并将其作为一个就绪事件返回给服务器Accepter(); //处理新的客户端连接}else //普通客户端套接字有数据可读{//其他fd上面的普通读取事件就绪Recver(fd); //处理客户端发送的数据}}}}void Start(){//将listensock添加到epoll中，  就是listensock和他关心的事件，添加到内核epoll模型中的rb_tree（红黑树）中_epller_ptr->EpollerUpdate(EPOLL_CTL_ADD, _listsocket_ptr->Fd(), EVENT_IN);//要让epoll去等listen套接字 要让套接字增多//epoll只负责在IO模型中进行等待//---解释---调用Epoller类的EpollerUpdate方法，将监听套接字添加到epoll实例中，并关注可读事件struct epoll_event revs[num];//---解释---存储epoll_wait函数返回的就绪事件for(;;){int n = _epller_ptr->EpollerWait(revs, num); //不断调用epoll_wait函数等待事件发生if(n > 0){//有事件就绪Dispatcher(revs,n); //事件派发}else if(n == 0){lg(Info, "time out ...");}else{lg(Error, "epll wait error");}}}~EpollServer(){_listsocket_ptr->Close();    }
private:std::shared_ptr<Sock> _listsocket_ptr;std::shared_ptr<Epoller> _epller_ptr;uint16_t _port;
};

3、epoll工作方式

LT：水平触发Level Triggered

ET：边缘触发Edge Triggered ：数据/连接，从无到有，从有到多，变化的时候，才会通知我们一次。

epoll默认模式：LT模式（有事件到来，上层不取走，就一直通知你）

ET的通知效率高。不仅如此，ET的IO效率也更高。

边缘触发会倒逼程序员，在每次通知的时候把数据全取走，循环读取，直到读取出错。所有的fd必须是非阻塞的。当读取不成功就会出错，而不是一直阻塞等待。（面试题）这意味着tcp会向对方通告一个更大的窗口，从而从概率上让对方一次给我发送更多的数据！！

其实LT也可以将所有的fd设置成为non_block，然后循环读取。在通知第一次的时候，就全部读取，不就和ET一样了。

向就绪队列里添加一次，还是一直添加（这就是ET和LT的区别）

上面的代码存在问题：read如何保证一次读完完整的报文。没读完的数据在缓冲区中，如果想着下一次再去读，缓冲区已经被清空或者覆盖了。

下一节代码Reactor解决这个问题

【Linux高级IO（二）】初识epoll

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试题代码 sys.h #ifndef __SYS_H__ #define __SYS_H__#include <STC15F2K60S2.H> //ds1302.c extern unsigned char time[3]; void w_ds1302(); void r_ds1302(); //iic.c float v_adc(unsigned char addr); //sys.c extern float light_v; extern float rb2_v; exte…...

编程日记 2025/8/18 0:13:48

机器学习——ROC曲线、PR曲线

一、ROC曲线简介 1.1 ROC曲线的构成 1.横轴（假正率，FPR）： 表示负样本被错误分类为正的比例（越小越好） 2.纵轴（真正率，TPR，即召回率）： 表示正样…...

编程日记 2025/8/19 11:39:19

Flutter之交互事件

目录： 1、点击事件标准案例1.1、效果图2.1、代码实现 1、点击事件标准案例 1.1、效果图 2.1、代码实现 class FavoriteWidget extends StatefulWidget {const FavoriteWidget({super.key});overrideState<FavoriteWidget> createState() > _FavoriteWidge…...

编程日记 2025/8/21 15:22:24

深入解析Spring Boot自动装配：原理、设计与最佳实践

引言 Spring Boot作为现代Java开发中的一股清流，凭借其简洁、快速和高效的特性，迅速赢得了广大开发者的青睐。而在Spring Boot的众多特性中，自动装载（Auto-configuration）无疑是最为耀眼的明珠之一。本文将深入剖析Sp…...

编程日记 2025/8/24 5:59:15

1、epoll的接口

2、epoll原理

3、epoll工作方式

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