作者 | 神技圈子 責編 | 歐陽姝黎
出品 | CSDN部落格
背景
網上講 Epoll 的很多，但是都僅僅停留在簡單的例項使用。但是在真正的工程應用中不可能就使用這種簡單的過程式開發。那麼 Epoll 到底該怎麼用呢？下面我們就來好好講講。
Epoll 的優勢
傳統的處理網路 I/O 的多程序、多執行緒同步 I/O，或者是單執行緒的 select 和 poll 的事件驅動模型。其中多執行緒和多程序同步阻塞網路 I/O 技術，具有模型直觀，使用方便等優點，但當處理高併發的網路連線時，因為存在 Fork（執行緒池可部分避免）和上下文切換操作產生較大的系統開銷；同時記憶體開銷也較大，不能滿足伺服器效能要求，適用於併發數不高以及伺服器負載不大的場合。因此，為了提升系統的高併發情況下的效能和吞吐率，一般採用 IO 多路複用模型。IO 多路複用包括 Select，Poll 和 Epoll 三種方式，Epoll 作為 Linux 核心為處理大批檔案描述符而改進的 poll。相對於 select 和 poll，Epoll 有以下兩個優勢：
支援理論上無限大的 socket 描述符
select限制了每個程序開啟的socket描述符，例如Linux系統在linux/include/linux/posix_types。h中定義了_FD_SETSIZE為1024，如下圖
即在 Linux 系統中 Select 最大隻能支援 1024 個描述符，當需要監聽 1024 個以上的描述符時，Select 函式就會監聽出錯。而 Epoll 使用紅黑樹管理註冊的描述符，理論上能監聽無限個描述符，現實中會收到記憶體的限制。
採用回撥函式避免遍歷所有描述符
select 和 poll 都是透過連結串列管理註冊好的描述符，每次當有描述符監聽到讀寫事件發生時，select 和 poll 都需要遍歷整個連結串列從而找到有事件發生的描述符，在活動描述符較少的情況下，這種方案是非常低效的。Epoll 採用紅黑樹管理描述符，如果有描述符監聽到讀寫時間發生，Epoll 會透過回撥函式將該描述符插入到就緒佇列中，即每次 Epoll 掃描的只是就緒佇列中的發生讀寫事件的描述符。
設計思想
下面我們就來講講。
在 Epoll 中有個重要的結構體 epoll_event，它被用於註冊所感興趣的事件和回傳所發生的事件。它的定義如下：
它當中的 epoll_data_t 儲存了觸發事件的某個檔案描述符相關的資料。定義如下
這裡的關鍵設計是把 epoll_data_t 中的地址指標 ptr 同一個通訊實體互動的通訊單元類 Agent 進行繫結。為什麼這麼做呢？
我們把每個通訊實體對應於一個 Agent 例項。當這個套接字或者檔案描述符上有 I/O 事件到達時，Epoll 會返回這個套接字所繫結的地址指標，這裡把這個地址指標指向這個套接字或者檔案描述符對應的 Agent 例項，這樣就可以返回 Agent 例項的地址，然後根據 I/O 事件的不同調用 Agent 裡面對應的處理函式處理與通訊實體間的互動。Agent 類處理的互動一般包括讀寫時間處理，以及 Agent 的啟動和停止。
設計方法
主要的類有兩個 Epoll 和 Agent：
Epoll 類封裝事件驅動核心，負責事件通知。讀寫事件發生後，由 Agent 處理網路讀寫。
Agent 類是事件處理器的基類。TCPListenAgent 和 TCPAgent 繼承自Agent，分別處理 TCP 監聽套接字和普通 TCP 連線的網路收發。
Epoll 和 Agent 類關係圖如下：
下面我們來介紹下這些類的設計
Agent 類
Agent 類宣告如下：
recvData 函式作為純虛擬函式用於接受客戶端的請求。成功返回讀取的位元組數，失敗返回-1。
sendData 函式作為純虛擬函式用於回覆客戶端的請求。成功返回寫出去的位元組數，失敗返回-1。
TCPListenAgent 類
主要負責處理客戶端傳送過來的TCP連線請求。該類宣告如下：
TCPListenAgent 類主要實現 Agent 類提供的兩個純虛擬函式，這裡列出TCPListenAgent 類提供的主要方法：
init 函式用於初始化 TCPListenAgent 本身。初始化成功返回 true，失敗返回 false。
recvData 函式用於處理客戶端傳送來的 TCP 連線請求。
Epoll 類
Epoll 類採用設計模式中的單例模式，對於整個程式，全域性僅有唯一的一個 Epoll 例項。Epoll 類的宣告如下
epollInitial 函式用於初始化 Epoll 物件，引數 size 是 Epoll 監聽佇列的長度。
doEvent 函式用於對 Epoll 事件進行操作，增加、刪除或者修改。引數 agentPtr 具體的 Agent 物件，fd 為需要加入 Epoll 的描述符，op 為 Epoll的具體操作可傳入引數包括 EPOLL_ADD，EPOLL_CTL，EPOLL_DEL，event為要監聽的 Epoll 事件。
run 函式用於執行 EPOLL 整個執行流程。函式中主要呼叫 epol_wait 函式，當struct epoll_event的events判斷是EPOLLIN時，Agent物件呼叫recvData函式，如果是 EPOLLOUT 事件時呼叫 sendData（）函式。
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