Linux面試必知: 一句話講透epoll

1. epoll概念

在Linux的Man文檔中，我們可以看到如下定義

Epoll - I/O event notification facility
epoll是一種I/O事件通知機制

I/O事件

• I/O
  輸入輸出(input/output)，輸入輸出的對象可以是 文件(file), 網絡(socket), 進程之間的管道(pipe), 在linux系統中，都用文件描述符(fd)來表示

• 事件

  • 可讀事件， 當文件描述符關聯的內核讀緩衝區可讀，則觸發可讀事件
    什麼是可讀呢？ 就是內核緩衝區非空，有數據可以讀取
  • 可寫事件, 當文件描述符關聯的內核寫緩衝區可寫，則觸發可寫事件
    什麼是可寫呢？就是內核緩衝區不滿，有空閒空間可以寫入

通知機制

• 通知機制，就是當事件發生的時候，去通知他
• 通知機制的反面，就是輪詢機制

以上兩點結合起來理解

epoll是一種當文件描述符的內核緩衝區非空的時候，發出可讀信號進行通知，當寫緩衝區不滿的時候，發出可寫信號通知的機制

2. 水平觸發與邊緣觸發

水平觸發(level-trggered)

• 只要文件描述符關聯的讀內核緩衝區非空，有數據可以讀取，就一直髮出可讀信號進行通知，
• 當文件描述符關聯的內核寫緩衝區不滿，有空間可以寫入，就一直髮出可寫信號進行通知

邊緣觸發(edge-triggered)

• 當文件描述符關聯的讀內核緩衝區由空轉化爲非空的時候，則發出可讀信號進行通知，
• 當文件描述符關聯的內核寫緩衝區由滿轉化爲不滿的時候，則發出可寫信號進行通知

兩者的區別在哪裏呢？水平觸發是隻要讀緩衝區有數據，就會一直觸發可讀信號，而邊緣觸發僅僅在空變爲非空的時候通知一次，舉個例子：

1. 讀緩衝區剛開始是空的
2. 讀緩衝區寫入2KB數據
3. 水平觸發和邊緣觸發模式此時都會發出可讀信號
4. 收到信號通知後，讀取了1kb的數據，讀緩衝區還剩餘1KB數據
5. 水平觸發會再次進行通知，而邊緣觸發不會再進行通知

所以邊緣觸發需要一次性的把緩衝區的數據讀完爲止，也就是一直讀，直到讀到EGAIN爲止，EGAIN說明緩衝區已經空了，因爲這一點，邊緣觸發需要設置文件句柄爲非阻塞

//水平觸發
    ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
    
    //邊緣觸發
    while(true) {
        ret = read(fd, buf, sizeof(buf);
        if (ret == EAGAIN) break;
    }

3. epoll接口介紹

• epoll_create

  • 創建epoll實例，會創建所需要的紅黑樹，以及就緒鏈表，以及代表epoll實例的文件句柄

    int epoll_create(int size);
    Man文檔中說明了在老的內核版本中，入參size用來指出創建的內部數據結構的大小，目前已經可以動態調整，但是爲了兼容老的版本，所以仍然保留，這個size其實意義已經不大

• epoll_ctl

  • 添加，修改，或者刪除 註冊到epoll實例中的文件描述符上的監控事件

    int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
    對於添加到epfd的文件描述符fd, 添加或者刪除或者修改， 對應的event

    • epfd: 通過epoll_create創建的文件描述符
    • op:操作類型
      EPOLL_CTL_ADD, 爲相應fd添加事件
      EPOLL_CTL_MOD, 修改fd的事件
      EPOLL_CTL_DEL，刪除fd上的某些事件
    • fd: 操作的目標文件描述符
    • event: 要操作的事件

       typedef union epoll_data {
          void  *ptr;
          int  fd;
          uint32_t     u32;
          uint64_t     u64;
      } epoll_data_t;
        
      struct epoll_event {
          uint32_t  events;      /* Epoll events */
          epoll_data_t data;        /* User data variable */
      };
      
        events可以是一組bit的組合
            EPOLLIN：可讀
            EPOLLOUT: 可寫
            EPOLLET: 邊緣觸發，默認是水平觸發
      

• epoll_wait

  int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout)
  等待註冊的事件發生，返回事件的數目，並將觸發的事件寫入events數組中

  • epfd: epoll實例文件描述符
  • events: 數組出參，用來記錄被觸發的events，其大小應該和maxevents一致
  • maxevents: 返回的events的最大個數，如果最大個數大於實際觸發的個數，則下次epoll_wait的時候仍然可以返回
  • timeout: 等待事件，毫秒爲單位 -1:無限等待 0:立即返回

作者：ld9183
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來源：簡書
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