epoll理解及应用

相较于select函数的epoll函数的特点：

• epoll只在Linux平台下提供支持，不具有兼容性。
• 无需每次传递监视对象信息。
• 无须编写以监视状态变化为目的的、针对所有文件描述符的循环语句。

#include <sys/epoll.h>

typedef union epoll_data
{
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;

// 将发生变化的文件描述符集中到一起
struct epoll_event
{
    __uint32_t events;
    epoll_data_t data;
}

/* 
 * 创建保存epoll文件描述符的空间
 * @params
 *   size: epoll实例的大小
 */
int epoll_create(int size);    // 成功时返回epoll文件描述符，失败时返回-1

/* 
 * 向空间注册或注销文件描述符
 * @params
 *   epfd: 用于注册监视对象的epoll例程的文件描述符
 *   op: 用于指定监视对象的添加、删除或更改等操作
 *   fd: 需要注册的监视对象文件描述符
 *   event: 监视对象的事件类型
 */
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);    // 成功时返回0，失败时返回-1

/* 
 * 等待文件描述符发生变化
 * @params
 *   epfd: 监视对象的epoll例程的文件描述符
 *   events: 保存发生事件的文件描述符集合的结构体地址值
 *   maxevents: 第二个参数中可以保存的最大事件数
 *   timeout: 以ms为时间单位的等待时间，传递-1时，一直等待直到发生事件
 */
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);    // 成功时返回发生事件的文件描述符数，失败时返回-1

# gcc echo_epollserv.c -o echo_epserv
# ./echo_epserv 9190
Connected client: 5 
Connected client: 6 
Closed client: 5 
Closed client: 6

# gcc echo_client.c -o echo_clnt  
# ./echo_clnt 127.0.0.1 9190
Connected
Input message (Q to quit): where are you
Message from server: where are you
Input message (Q to quit): q

# ./echo_clnt 127.0.0.1 9190
Connected
Input message (Q to quit): nice to meet you
Message from server: nice to meet you
Input message (Q to quit): q

条件触发和边缘触发

条件触发：只要输入缓冲有数据就会一直通知该事件。比如，读取了一半剩了一半，会再次注册事件。

# gcc echo_epollserv.c -o echo_epserv
# ./echo_epserv 9190
epoll_wait() return
Connected client: 5 
epoll_wait() return
epoll_wait() return
epoll_wait() return
epoll_wait() return
epoll_wait() return
epoll_wait() return
Closed client: 5

# ./echo_clnt 127.0.0.1 9190
Connected
Input message (Q to quit): this is a message
Message from server: this is a message
Input message (Q to quit): q

客户端基于第四章的echo_client.c做了适当修改，以接受全从服务器端返回的数据。

边缘触发：仅注册一次该事件。即使输入缓冲中还有数据，也不会再注册。
将套接字改为非阻塞方式：

#include <fcntl.h>

/* 
 * @params
 *   filedes: 属性更改目标的文件描述符
 *   cmd: 表示函数调用的目的
 */
int fcntl(int filedes, int cmd, ...); // 成功时返回cmd参数相关值，失败时返回-1

# gcc echo_EPETserv.c -o echoETserv
# ./echoETserv 9191
epoll_wait() return
Connected client: 5 
epoll_wait() return

# ./echo_clnt 127.0.0.1 9191
Connected
Input message (Q to quit): my name is nini
Message from server: my name is nini
Input message (Q to quit): q

习题

1. 利用select函数实现服务器端时，代码层面存在的两个缺点是？
   调用select函数后常见的针对所有文件描述符的循环语句。每次调用 select 函数时都要传递监视对象信息。
2. 无论是select方式还是epoll方式，都需要将监视对象文件描述符信息通过函数调用传递给操作系统。请解释传递该信息的原因。
   文件描述符是由操作系统管理的，所以必须要借助操作系统才能完成。
3. select方式和epoll方式的最大差异在于监视对象文件描述符传递给操作系统的方式。请说明具体差异，并解释为何存在这种差异。
   select 函数每次调用都要传递所有的监视对象信息，select采用这种方法是为了保持兼容性。而epoll函数仅向操作系统传递1次监视对象，监视范围或内容发生变化时只通知发生变化的事项。
4. 虽然epoll是select的改进方案，但select也有自己的优点。在何种情况下使用select更加合理。
   服务器端接入者少。程序应具有兼容性。
5. epoll是以条件触发和边缘触发方式工作。二者有何差别？从输入缓冲的角度说明这两种方式通知事件的时间点差异。
   在条件触发中，只要输入缓冲有数据，就会一直通知该事件。边缘触发中输入缓冲收到数据时仅注册1次该事件，即使输入缓冲中还留有数据，也不会再进行注册。
6. 采用边缘触发时可以分离数据的接收和处理时间点。请说明其优点和原因。
   分离接收数据和处理数据的时间点，给服务端的处理数据的时机带来很大灵活性。
7. 18章后做...
   
   

我的问题

1. 边缘触发为什么要用非阻塞套接字？
   使用边缘触发，读数据的时候必须读完。剩余在buffer里的数据并不会使得epoll_wait返回。如果不读完就去wait，可能之后没有新事件过来，那么epoll_wait一直不返回，剩在buffer里的数据就读不到了。而读完所有数据可能需要很长时间，在这段时间里没有机会去wait，也没有机会处理epoll里可能发生的其它事件
   使用非阻塞fd，read不会阻塞，read过程中可以继续去查看epoll中的事件。
   使用水平触发，可以一次读一点，然后去epoll_wait。只有缓存还有数据，epoll_wait就会立即返回，不会阻塞。这样可以保证epoll里所有fd的事件都有处理机会。
2. str_len小于0为什么还要结合EAGAIN才能确定是没有数据可读了？
   
   

附录

[1] Github