IO多路复用epoll

2022-07-10 12:01:30 阅读：156 来源： 互联网

标签：... socket 多路复用 epoll int 内核 IO wait

0 why: 问题来源

0.1 网络编程流程

//创建socket
int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//绑定IP地址和端口号port
bind(s, ...)
//监听客户端连接
listen(s, ...)
//接受客户端连接
int c = accept(s, ...)
//接收客户端数据
recv(c, ...);
//处理数据
operation(...)

0.2 内核接收网络数据过程

创建socket时，操作系统会创建一个由文件系统管理的socket对象。这个socket对象包含了发送缓冲区、接收缓冲区、等待队列等成员。等待队列指向所有需要等待该socket事件的进程。

新的文件描述符fd都会插入等待队列中，等到有数据到来时，等待序列会唤醒一个进程来处理数据。

0.3 问题来源

如何同时监视多个socket的数据？

1 解决方案之select模式

预先传入一个socket列表，如果列表中的socket都没有数据，挂起进程，直到有一个socket收到数据，唤醒进程。

int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  
bind(s, ...)
listen(s, ...)

int fds[] =  ;//存放需要监听的socket

while(1){
    int n = select(..., fds, ...)
    for(int i=0; i < fds.count; i++){
        if(FD_ISSET(fds[i], ...)){
            //fds[i]的数据处理
        }
    }
}

这里需要注意的问题是：select查看是否有数据输入，需要进行遍历所有的socket;而在进程唤醒后，进程一脸懵逼，只知道有数据来了，却不知道是谁的数据，因此需要再次进行一次遍历，找到数据来自于哪个socket。这种多次遍历，每次都要将整个fds列表传递给内核，开销很大，因此我们需要改进一下。

2 what: 解决方案之epoll模式

epoll模式相比于select模式，最大的改进在于增加了一个中间环节“就绪列表”，还有就是分离了“socket插入到等待列表”和“阻塞等待事件到来”这两个过程。

2.1 功能分离

每次调用select都需要这两步操作，然而大多数应用场景中，需要监视的socket相对固定，并不需要每次都修改。epoll将这两个操作分开，先用epoll_ctl维护等待队列，再调用epoll_wait阻塞进程。
注意：epoll_wait方法不是使用循环的方式看是否有就绪时间，而是epoll_wait()一直阻塞直到：fd产生事件 / 被信号处理函数打断 / 超时。

int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
bind(s, ...)
listen(s, ...)

int epfd = epoll_create(...);
epoll_ctl(epfd, ...); //将所有需要监听的socket添加到epfd中

while(1){
    int n = epoll_wait(...)
    for(接收到数据的socket){
        //处理
    }
}

2.2 增加中间环节“就绪列表”

select低效的另一个原因在于程序不知道哪些socket收到数据，只能一个个遍历。如果内核维护一个“就绪列表”，引用已就绪数据的socket，就能避免遍历。

3 how: 如何用?

3.1 创建epoll

int epoll_create(int size);
在最初的epoll_create（）实现中，size参数将调用者希望添加到的文件描述符的数量告知内核。epoll实例。内核使用该信息作为内部数据结构初始分配空间的提示，事件。（如果有必要，如果调用方的使用超出了大小提示，内核将分配更多空间。）如今，此提示不再必需（内核无需提示即可动态调整所需数据结构的大小），但是大小必须仍大于零，以便当新的epoll应用程序在较旧的内核上运行时，请确保向后兼容。

3.2 操作事件

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
向 epfd 对应的内核epoll 实例添加、修改或删除对 fd 上事件 event 的监听。op 可以为 EPOLL_CTL_ADD, EPOLL_CTL_MOD, EPOLL_CTL_DEL 分别对应的是添加新的事件，修改文件描述符上监听的事件类型，从实例上删除一个事件。

3.3 监听事件

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);
当 timeout 为 0 时，epoll_wait 永远会立即返回。而 timeout 为 -1 时，epoll_wait 会一直阻塞直到任一已注册的事件变为就绪。当 timeout 为一正整数时，epoll 会阻塞直到计时 timeout 毫秒终了或已注册的事件变为就绪。因为内核调度延迟，阻塞的时间可能会略微超过 timeout 毫秒。

4 参考

https://www.cnblogs.com/Hijack-you/p/13057792.html
https://www.agedcat.com/programming_language/cpp/525.html
https://blog.csdn.net/zhoumuyu_yu/article/details/112472419

标签：...,socket,多路复用,epoll,int,内核,IO,wait
来源： https://www.cnblogs.com/yunmeng-shi/p/16462911.html

本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享；
2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关；
3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关；
4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除；
5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。

ICode9