epoll
网页逐渐替代了纸质媒体，成为了人们获取信息的主要渠道，每时每刻都有许多人在通过网页获取每日的最新资讯，从网页的角度出发，虽然连接的数量可能非常多，但并非每路连接都时时在与服务器交互信息，换言之，对某个网页的服务器来说，多路连接中活跃用户的数量可能远远小于连接的总数。
假如使用select或poll模型搭建此种类型的服务器，对服务器而言，大部分的时间都浪费在了毫无意义的轮询中，真正处理请求的时间反而少之又少。
Linux系统中通常使用epoll模型搭建这种活跃连接较少的服务器，相比select/poll的主动查询，epoll模型采用基于事件的通知方式，事先为建立连接的文件描述符注册事件，一旦该文件描述符就绪，内核会采用类似callback的回调机制，将文件描述符加入到epoll的指定的文件描述符集中，之后进程再根据该集合中文件描述符的数量，对客户端请求逐一进行处理。
虽然epoll机制中返回的同样是就绪文件描述符的数量，但epoll中的文件描述符集只存储了就绪的文件描述符，服务器进程无需再扫描所有已连接的文件描述符；且epoll机制使用内存映射机制（类似共享内存），不必再将内核中的文件描述符集复制到内存空间；此外，epoll机制不受进程可打开最大文件描述符数量的限制（只与系统内存有关），可连接远超过默认FD_SETSIZE的进程。
linux系统中提供了几个与实现epoll机制相关的系统调用——epoll_create()、epoll_ctl()和epoll_wait()，下面将对这些系统调用逐一进行讲解。
① epoll_create()
epoll_create()函数用于创建一个epoll句柄，并请求内核为该实例后期需存储的文件描述符及对应事件预先分配存储空间，该函数存在于函数库sys/poll.h中，其声明如下：
int epoll_create(int size);函数中的参数size为在该epoll中可监听的文件描述符的最大个数，若该函数调用成功，将返回一个用于引用epoll的句柄；若调用失败，则返回-1，并设置errno。
当所有与该epoll相关的文件描述符都关闭后，内核会销毁epoll实例并释放相关资源，但若该函数返回的epoll句柄不再被使用，用户应主动调用close()函数将其关闭。
② epoll_ctl()
epoll_ctl()是epoll的事件注册函数，用于将文件描述符添加到epoll的文件描述符集中，或从集合中删除指定文件描述符。该函数存在于函数库sys/poll.h中，其声明如下：
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll_ctl()函数中的参数epfd为函数epoll_create()返回的epoll句柄；参数op表示epoll_ctl()的动作，该动作的取值由三个宏指定，这些宏及其含义分别如下：
● EPOLL_CTL_ADD表示epoll_ctl()将会在epfd中为新fd注册事件；
● EPOLL_CTL_MOD表示epoll_ctl()将会修改已注册的fd监听事件；
● EPOLL_CTL_DEL表示epoll_ctl()将会删除epfd中监听的fd。
epoll_ctl()函数的参数fd用于指定待操作的文件描述符；参数event用于设定要监听的事件，该参数是一个struct epoll_event类型的指针，用于传入一个struct epoll_event结构体类型的数组，该结构体的类型定义如下：
struct epoll_event {
__uint32_t events; //epoll事件
epoll_data_t data; //用户数据变量
};struct epoll_event结构体中的成员events表示要监控的事件，该成员可以是由一些单一事件组成的位集，这些单一事件由一组宏表示，宏及其含义分别如下：
● EPOLLIN表示监控文件描述符fd的读事件（包括socket正常关闭）；
● EPOLLOUT表示监控fd的写事件；
● EPOLLPRI表示监控fd的紧急可读事件（有优先数据到达时触发）；
● EPOLLERR表示监控fd的错误事件；
● EPOLLHUP表示监控fd的挂断事件；
● EPOLLET表示将epoll设置为边缘触发（Edge Triggered）模式；
● EPOLLONESHOT表示只监听一次事件，当此次事件监听完成后，若要再次监听该fd，需将其再次添加到epoll队列中。
struct epoll_event结构体成员data的数据类型是共用体epoll_data_t，其类型定义如下：
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;可根据程序需要选择不同的成员，后续的案例中将以fd为例进行示范。
若epoll_ctl()函数调用成功时会返回0；若调用失败，则返回-1，并设置errno。不同于select/poll机制在监听事件时才确定事件的类型，epoll机制在连接建立后便会指定要监控的事件。
③ epoll_wait()
epoll_wait()函数用于等待epoll句柄epfd中所监控事件的发生，当有一个或多个事件发生或等待超时后epoll_wait()返回，该函数存在于函数库sys/epoll.h中，其声明如下：
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,
int maxevents, int timeout);epoll_wait()函数中的参数epfd为epoll_create()函数返回的句柄；参数events指向发生epoll_create()调用时系统事先预备的空间，当有监听的事件发生时，内核会将该事件复制到此段空间中；参数maxevents表示events的大小，该值不能超过调用epoll_create()时所传参数size的大小；参数timeout的单位为毫秒，用于设置epoll_wait()的工作方式：若设置为0则立即返回，设置为-1则使epoll无限期等待，设置为大于0的值表示epoll等待一定的时长。
若epoll_wait()函数调用成功时返回就绪文件描述符的数量；若等待超时后并无就绪文件描述符则返回0；若调用失败则返回-1，并设置errno。
经过以上讲解，相信读者已对epoll的工作机制及相关函数有了一定了解，下面通过一个具体案例来实现基于epoll模型的服务器，并在该案例中展示epoll相关函数的使用方法。
案例5：使用epoll模型搭建多路I/O转接服务器，使服务器可接收客户端数据，并将接收到的数据转为大写，写回客户端；使客户端可向服务器发送数据，并将服务器返回的数据打印到终端。
案例实现如下：
epoll_s.c //服务器端
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <string.h>
4 #include <netinet/in.h>
5 #include <arpa/inet.h>
6 #include <sys/epoll.h>
7 #include <errno.h>
8 #include "wrap.h"
9 #define MAXLINE 80
10 #define SERV_PORT 8000
11 #define OPEN_MAX 1024
12 int main()
13 {
14 int i, j, maxi, listenfd, connfd, sockfd;
15 int nready, efd, res;
16 ssize_t n;
17 char buf[MAXLINE], str[INET_ADDRSTRLEN];
18 socklen_t clilen;
19 int client[OPEN_MAX];
20 struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;
21 struct epoll_event tep, ep[OPEN_MAX];
22 listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
23 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
24 servaddr.sin_family = AF_INET;
25 servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
26 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
27 Bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
28 Listen(listenfd, 20);
29 //初始化client集合
30 for (i = 0; i < OPEN_MAX; i++)
31 client[i] = -1;
32 maxi = -1; //初始化maxi
33 efd = epoll_create(OPEN_MAX); //创建epoll句柄
34 if (efd == -1)
35 perr_exit("epoll_create");
36 //初始化tep
37 tep.events = EPOLLIN;
38 tep.data.fd = listenfd;
39 //为服务器进程注册事件（listenfd）
40 res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &tep);
41 if (res == -1)
42 perr_exit("epoll_ctl");
43 for (;;) {
44 nready = epoll_wait(efd, ep, OPEN_MAX, -1);//阻塞监听
45 if (nready == -1)
46 perr_exit("epoll_wait");
47 //处理就绪事件
48 for (i = 0; i < nready; i++) {
49 if (!(ep[i].events & EPOLLIN))
50 continue;
51 //若fd为listenfd，表示有连接请求到达
52 if (ep[i].data.fd == listenfd) {
53 clilen = sizeof(cliaddr);
54 connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr,
55 &clilen);
56 printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET,
57 &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
58 ntohs(cliaddr.sin_port)); //字节序转换
59 //将accept获取到的文件描述符保存到client[]数组中
60 for (j = 0; j < OPEN_MAX; j++)
61 if (client[j] < 0) {
62 client[j] = connfd;
63 break;
64 }
65 if (j == OPEN_MAX)
66 perr_exit("too many clients");
67 if (j > maxi)
68 maxi = j; //更新最大文件描述符
69 tep.events = EPOLLIN;
70 tep.data.fd = connfd;
71 //为新建立连接的进程注册事件
72 res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &tep);
73 if (res == -1)
74 perr_exit("epoll_ctl");
75 }
76 else {//若fd不等于listenfd，表示就绪的是各路连接
77 sockfd = ep[i].data.fd;
78 n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
79 if (n == 0) {//若读取的字符个数为0表示对应客户端进程将关闭连接
80 for (j = 0; j <= maxi; j++) {
81 if (client[j] == sockfd) {
82 client[j] = -1;
83 break;
84 }
85 }
86 //取消监听
87 res = epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_DEL, sockfd, NULL);
88 if (res == -1)
89 perr_exit("epoll_ctl");
90 Close(sockfd); //服务器端关闭连接
91 printf("client[%d] closed connection\n", j);
92 }
93 else {
94 for (j = 0; j < n; j++)
95 buf[j] = toupper(buf[j]);
96 Writen(sockfd, buf, n);
97 }
98 }
99 }
100 }
101 close(listenfd);
102 close(efd);
103 return 0;
104 }epoll_c.c //客户端
1 #include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <netinet/in.h>
5 #include "wrap.h"
6 #define MAXLINE 80
7 #define SERV_PORT 8000
8 int main()
9 {
10 struct sockaddr_in servaddr;
11 char buf[MAXLINE];
12 int sockfd, n;
13 sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
14 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
15 servaddr.sin_family = AF_INET;
16 inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
17 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
18 Connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
19 while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
20 Write(sockfd, buf, strlen(buf));
21 n = Read(sockfd, buf, MAXLINE);
22 if (n == 0)
23 printf("the other side has been closed.\n");
24 else
25 Write(STDOUT_FILENO, buf, n);
26 }
27 Close(sockfd);
28 return 0;
29 }执行结果：
分别使用以下语句编译服务器端程序与客户端程序：
gcc epoll_s.c wrap.c -o server
gcc epoll_c.c wrap.c -o client程序编译完成后，先执行服务器程序，打开服务器，之后在一个终端运行客户端程序（记为客户端1），并在该终端中输入客户端需要发送的数据，此时客户端与服务器端中打印的信息分别如下：
客户端1：
hello
HELLO服务器端：
received from 127.0.0.1 at PORT 41936打开新的终端，在该终端中再次运行客户端程序（记为客户端2），并输入要发送的数据，此时终端2与服务器端中打印的信息分别如下：
客户端2：
itheima
ITHEIMA服务器端：
received from 127.0.0.1 at PORT 41936
received from 127.0.0.1 at PORT 41937由以上执行结果可知，案例5实现成功。
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