该代码可以通过改timeval值的方式体验阻塞,非阻塞轮询

优缺点

• 优点:

  可以一次性等待多个fd,在一定程度上提升了IO效率

• 缺点:

  位图结构fd_set容量受限,当fd数量足够大时候,将会造成满载

  底层需要轮询式的检查,当fd数量够多,会造成一定开销

  当fd数量足够多时候,可能会造成select在用户态和内核态之间频繁切换

  每次取得读事件后,又要重新循环设置位图结构的数据,比较繁琐

poll

函数声明

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数以及类型介绍

类型struct pollfd,里面分别封装了一个文件描述符所对应的输入输出事件

struct pollfd{int	fd;  		/* file descriptor */short events;  	/* requested events */short revents;	/* returned events */
};

events和revents本质来说也是一个位图结构,可以利用系统所定义的宏 或上 自己来进行表述监听读事件,还是写等事件.

系统定义的宏:

该结构体这样处理,有一个非常大的好处,那就是对用户告诉内核和内核告诉用户的切换进行解耦,因为通知这件事可以不用在同一个变量上进行.

参数fds是一个结构体数组指针,用于指向所需要监听的一批fd事件结构体struct pollfd;

参数nfds表示数组的长度,即有多少个元素

参数timeout表示时间,单位以毫秒为级别,时间意义和select一样

返回值

• 返回值小于0, 表示出错;

• 返回值等于0, 表示poll函数等待超时(即在timeout时间内未有事件就绪);

• 返回值大于0, 表示poll由于监听的文件描述符就绪而返回.

poll代码演示

在知晓了poll的优越性后,我们对select的演示代码进行了优化(用poll替换),由于代码较长,可以移步代码查阅

优缺点

• 优点

  不同与select使用三个位图来表示三个fdset的方式，poll使用一个pollfd的指针实现,

  pollfd结构包含了要监视的event和发生的event，不再使用select“参数-值”传递的方式. 接口使用比select更方便.

  poll并没有最大数量限制 (但是数量过大后性能也是会下降).

• 缺点

  poll中监听的文件描述符数目增多时:

  和select函数一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符.

  每次调用poll都需要把大量的pollfd结构从用户态拷贝到内核中.

  同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的处于就绪状态, 因此随着监视的描述符数量的增长, 其效 率也会线性下降.

epoll

epoll是在poll的基础上进行更加改进了的接口,效率比较高.

epoll三调用

int epoll_create(int size);    //创建epoll模型
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);  //添加fd到epoll模型
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);    //通知就绪fd.

epoll_create函数用于创建epoll模型,方便后续使用;size代表在该模型中,内核返回批量就绪事件时,最多返回的数量

epoll_ctl函数用于对该模型进行添加,修改,删除等fd事件,第二个参数值一般有:

• EPOLL_CTL_ADD ： 注 册 新 的 fd 到 epfd 中 ；
• EPOLL_CTL_MOD ：修改已经注册的fd的监听事件；
• EPOLL_CTL_DEL ：从epfd中删除一个fd；

epoll_ctl的第三个参数代表是需要被监听的fd;

结构体epoll_event内容如下:

struct epoll_struct{uint32_t events;    /*  epoll events */ epoll_data_t data;  /*  user data variable */ 
};typedef union epoll_data{void* ptr;int fd;uint32_t u32;uint63_t u64;
}epoll_data_t;

而其成员events可以是以下几个宏的成员:

• EPOLLIN : 表示对应的文件描述符可以读 (包括对端SOCKET正常关闭);

• EPOLLOUT : 表示对应的文件描述符可以写;

• EPOLLPRI : 表示对应的文件描述符有紧急的数据可读 (这里应该表示有带外数据到来);

• EPOLLERR : 表示对应的文件描述符发生错误;

• EPOLLHUP : 表示对应的文件描述符被挂断;

• EPOLLET : 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式, 这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的.

• EPOLLONESHOT：只监听一次事件, 当监听完这次事件之后, 如果还需要继续监听这个socket的话, 需要 再次把这个socket加入到EPOLL队列里.

epoll_wait函数用于通知事件准备就绪,第二个参数是一个数组指针,第三个参数代表数组元素数量,表示最多可以批量返回maxevents个事件,第四个参数用法和poll一样;其返回值表示**实际返回的事件数目,**如果小于0代表失败,0地表超时

简述epoll实现原理

epoll_create用于创建epoll模型,但是这个模型到底什么样呢?请看下图:

在这个模型里面有红黑树,回调机制,以及就绪队列;

红黑树的结点表示被监听fd的一个封装,当有海量连接时候,此结构可以快速查找,修改,删除;

回调机制是每个fd以及对应连接的某种操作,作用是把相关数据已经处理好的事件放进就绪队列;

就绪队列存储的是已经准备好的就绪事件;

简历好这个模型以后,就可以进行数据的修改监听了,这便是epoll_ctl 的作用(这里仅仅以读事件为例):

• 新建一个红黑树结点对象并对fd封装;
• 把该节点插入到红黑树里面;
• 建立起新插入的结点fd和回调机制的联系;

知道了创建的模型以及相关的数据操作后,我们再看下其为什么高效,在讲解之前,先说一下外设数据存入内存的操作:

• 当外设数据到达后,触发硬件中断信号,通知CPU进行处理
• CPU收到信号,通过中断信号表执行相关处理程序,拷贝外设数据到内存
• 处理完毕,CPU重新执行其他进程

当把相关事件数据拷贝到内存(准确说是待监听的等待队列中)后,OS并不知道是哪些事件准备就绪,只知道有数据准备好了,当有大批量链接时候,OS只能进行轮询遍历,这样效率会比较低下;

而epoll模型中的回调机制和就绪队列正是为该原因所准备.当OS拷贝完毕外设数据后,让该数据和回调机制产生关联,然后回调机制通过自身和fd的关联对数据进行检查处理,如果发现是就绪事件,直接将它扔到就绪队列.未就绪的不管(实际是扔回等待队列中);

因此epoll_wait返回就绪事件时,便可以直接从就绪队列中拿取,速度极快;

epoll代码演示

#include 
#include 
#include "Sock.hpp"
#include 
#include 
#include 
#include #define SIZE 128
#define NUM 64
/* user manual page */
void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage : " << proc << " port " << std::endl;
}int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){Usage(argv[1]);exit(1);}struct timeval tl;/* Converts the string to an integer */uint16_t port = (uint16_t)atoi(argv[1]);/* Netwoek readiness*/int listen_sock = Sock::SOCKET();Sock::BIND(listen_sock, port);Sock::LISTEN(listen_sock);/* Accept call shouldn't be here,we need to delegate the wait operation to `epoll`*//* create epoll mode, get file descriptor*/int epfd = epoll_create(SIZE);/* Converts the user mode to the kernel mode */struct epoll_event ctl_evt;ctl_evt.events = EPOLLIN;ctl_evt.data.fd = listen_sock;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, listen_sock, &ctl_evt);/*start cycle of events*/volatile bool quit = false;struct epoll_event wait_evt[NUM];while (!quit){int timeout = 1000;int n = epoll_wait(epfd, wait_evt, NUM, timeout);switch (n){case 0:std::cout << "time out. . . " << std::endl;break;case -1:std::cout << "epoll error. . ." << std::endl;break;default:std::cout << "events are ready. . . " << std::endl;for (int i = 0; i < n; i++){std::cout << "read events are ready..." << std::endl;/*  process read events */if (wait_evt[i].events & EPOLLIN){/* process listen_sock linke */if (wait_evt[i].data.fd == listen_sock){std::cout << "listen_sock:" << listen_sock << ",event  is ready" << std::endl;/* process link events */int fd = Sock::ACCEPT(listen_sock);if (fd >= 0){struct epoll_event ctl_evt;ctl_evt.events = EPOLLIN;ctl_evt.data.fd = fd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ctl_evt);std::cout << "new fd:" << fd << ",is added the epoll mode" << std::endl;}}else {/* process common read events */std::cout << "common read events are ready" << std::endl;char buffer[1024];size_t s = recv(wait_evt[i].data.fd,buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(s > 0){std::cout<<"=========== rechieve message ========= : "<