epoll

Event Poll

由于poll()和select()的局限，Linux2.6内核引入了event poll(epoll)机制。虽然epoll的实现比poll()和select()要复杂的多，epoll解决了前两个都存在的基本性能问题，并增加了一些新的特性

对于poll()和select()每次调用时都需要所有被监听的文件描述符列表。内核必须遍历所有被监视的文件描述符、当这个文件描述符列表变得很大时，每次调用都要遍历列表就编程规模上的瓶颈

epoll把监听注册从实际监听中分离出来，从而结局了这个问题。一个系统调用会初始化epoll上下文，另一个从上下文中加入或删除监视的文件描述符，第三个执行真正的等待事件。

创建新的epoll示例

通过epoll_create1()创建epoll上下文：

# include <sys/epollh>
int epoll_create1 (int flags);
int epoll_create (int size);

调用成功时，epoll_create1()会创建新的epoll实例，并返回和该实例关联的文件描述符。这个文件描述符和真正的文件没有关系，仅仅是为了后续调用epoll而创建的

参数flags支持修改epoll的行为，当前，只有EPOLL_CLOEXEC是个合法的flag,他表示进程被替换时关闭文件描述符

出错时，返回-1，并设置errno为下列值之一：

EINVAL : 参数flags非法

EMFILE : 用户打开的文件数达到上限

ENFILE : 系统打开的文件数达到上限

ENOMEN : 内存不足，无法完成本次操作

epoll_create()时老版本的epoll_create1()的实现，现已废弃。

epoll的标准调用方式如下：

int epfd;
epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
if (epfd < 0)
{
    perror ("epoll_creat1);
}

当完成监视后，epoll_create1()返回的文件描述符需要用close()调用关闭

控制epoll

epoll_ctl()函数可以向指定的epoll上下文中加入或删除文件描述符：

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

头文件<sys/epoll.h>中定义了epoll_event结构体：

struct epoll_event
{
    _u32 events;
    unio
    {
        void *ptr;
        int fd;
        _u32 u32;
        _u64 u64;
    } data;
};

epoll_ctl()调用如果执行成功，会控制和文件描述符epfd关联的epoll实例。参数op指定对fd指向的文件所执行的操作。参数event进一步描述epoll更具体的行为

以下是参数op的有效值：

EPOLL_CTL_ADD ： 把文件描述符fd所指向的文件添加到epfd指定的epoll监听实例集中，监听event中定义的事件

EPOLL_CTL_DEL ： 把文件描述符fd所指向的文件冲epfd指定的epoll监听实例集中删除

EPOLL_CTL_MOD ： 使用event指定的更新事件修改在已有fd上的监听行为

epoll_events结构体中的events变量列出了在指定文件描述符上要监听的事件。多个事件可以通过位或运算同时指定。以下是events的有效值：

EPOLLERR ： 文件出错。即使没设置，这个事件也被监听

EPOLLET ： 在监听文件上开启边缘触发。默认是条件触发

EPOLLHUP ： 文件被挂起。即使没设置，这个事件也被监听

EPOLLIN ： 文件为阻塞，可读

EPOLLONESHOT ： 在事件生成并处理后，文件不会再被监听。必须通过EPOLL_CTL_MOD指定新的事件掩码，以便重新监听文件

EPOLLOUT ： 文件为阻塞，可写

EPOLLPRI ： 存在高优先级的带外数据可读

event_poll 中的data变量是由用户私有使用。当接收到请求事件后，data会被返回给用户。通常用法是把event.data.fd设置为fd,这样可以很容易查看哪个文件描述符触发了事件。

当成功时，epoll_ctl()返回0。失败时，返回-1，并设置errno为下值：

EBADF ： epfd不是有效的epoll实例，或者fd不是有效的文件描述符

EEXIST ： op值设置为EPOLL_CTL_ADD，但fd已经与epfd关联

EINVAL : epfd不是epoll实例，epfd和fd相同，或op无效

ENOENT : op值设置为EPOLL_CTL_MOD或EPOLL_CTL_DEL，但是fd没有和epfd关联

ENFILE : 系统打开的文件数达到上限

ENOMEN : 内存不足，无法完成本次操作

EPERM ： fd不支持epoll

在下面的例子中，在epoll实例epfd中加入fd所指向文件的监听事件，代码如下：

struct epoll_event event;
int ret;

event.data.fd = fd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT;

ret = epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event);
if (ret)
{
    perror ("epoll_ctl");
}

修改epfd实例中的fd上的一个监听事件，代码如下：

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");
}

相反，从epoll实例中删除在fd上的一个监听事件，代码如下：

struct epoll_event event;
int ret;

ret = epoll_ctl (epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &event);
if (ret)
{
    perror ("epoll_ctl");
}

注意，当op设置为EPOLL_CTL_DEL时，由于没有提供事件掩码，event参数可能为NULL，在2.6.9以前的内核中，会检查该参数是否非空，为了和老版本兼容，必须传递一个有效的非空指针，不能只是声明。内核2.6.9版本修复了这个bug

等待epoll事件

系统调用epoll_wait()会等待和指定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);

当调用epoll_wait()时，等待epoll实例epfd中的文件fd上的事件，时限为timeout毫秒。成功时，events指向描述每个事件的epoll_event结构体的内存，且最多可以有maxevents个事件，返回值是事件个数；出错时，返回-1,并将errno设置为下值：

EBADF ： epfd是一个无效的文件描述符

EFAULT ： 进程对events所指向的内存没有写权限

EINTR ： 系统调用在完成前发生信号中断或超时

EINVAL ： epfd不是有效的epoll实例，或者maxevents小于或等于0

如果timeout为0，即使没有事件发生，调用也会立即返回0.如果timeout为-1，调用将一直等待到有事件发生才返回

当调用返回时，epoll_event结构体中的events变量描述了发生的事件。data变量保留了用户在调用epoll_ctl()前的所有内容

一个完整的例子如下：

#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);

边缘触发事件和条件触发事件

如果epoll_ctrl()的参数event中的events项设置为EPOLLET，fd上的监听方式为边缘触发（ET)，否则为条件触发（LT)

考虑下面的生产者和消费者在通过UNIX管道通信时的情况

1. 生产者向管道写入1KB数据
2. 消费者在管道上调用epoll_wait()，等待管道上有数据并可读

通过条件触发监视时，在步骤2中epoll_wait()会立刻返回，表示管道可读。通过边缘触发监视时，需要在步骤1发生后，步骤2才会返回

条件触发是默认行为，poll()和select()就是采用这种模式，也是大多数开发者所期望的。边缘触发需要不同的编程解决方案，通常是非阻塞I/O，而且需要仔细检查EAGAIN